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王继刚团队揭示新藤黄酸通过阻断HK1介导的Warburg效应与NLRP3炎性小体激活从而改善脓毒症

王继刚团队揭示新藤黄酸通过阻断HK1介导的Warburg效应与NLRP3炎性小体激活从而改善脓毒症

【概要描述】该研究使用ABPP技术揭示新藤黄酸可以直接与己糖激酶1(HK1)的Cys684位点结合,通过减轻HK1介导的Warburg效应和NLRP3在脓毒症中的炎症小体激活来减轻炎症,可以作为一种新的脓毒症和炎性疾病的治疗药物。

王继刚团队揭示新藤黄酸通过阻断HK1介导的Warburg效应与NLRP3炎性小体激活从而改善脓毒症

【概要描述】该研究使用ABPP技术揭示新藤黄酸可以直接与己糖激酶1(HK1)的Cys684位点结合,通过减轻HK1介导的Warburg效应和NLRP3在脓毒症中的炎症小体激活来减轻炎症,可以作为一种新的脓毒症和炎性疾病的治疗药物。

  • 分类:华盈视角
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  • 发布时间:2025-10-28 17:22
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脓毒症是一种由感染引起全身炎症反应综合症,常见于严重创伤或感染性疾病的患者。与健康个体相比,脓毒症患者的葡萄糖代谢总是异常的,这表现为细胞无法通过三羧酸循环氧化葡萄糖,而倾向于有氧糖酵解,从而增加乳酸水平,这种代谢转变被称为“Warburg效应”。

新藤黄酸(GNA)是一种源自藤黄的具有生物活性的天然化合物,它具有广泛的药理活性,如抗肿瘤和抗纤维化作用。此前的一项研究显示,GNA 能抑制脂多糖刺激的巨噬细胞炎症。然而,GNA 在保护小鼠免受脓毒症引起的炎症和多器官损伤方面的效果,以及其抗炎靶点和机制,目前仍不清楚。

2025年10月25日,中国中医科学院中药研究所青蒿素研究中心王继刚/徐承超教授、黑龙江中医药大学经方与现代中药融合创新全国重点实验室王喜军教授在《APSB》(IF=14.6)发表了题为“Gambogenic acid ameliorates inflammation by inhibiting HK1-mediated Warburg effect and NLRP3 inflammasome activation in sepsis”的研究论文。该研究使用基于活性的蛋白质组学分析(ABPP)技术揭示新藤黄酸(GNA)可以直接与己糖激酶1(HK1)的Cys684位点结合。通过减轻HK1介导的Warburg效应和NLRP3在脓毒症中的炎症小体激活来减轻炎症,并进一步阐明了新藤黄酸改善脓毒症炎症的靶点蛋白和作用途径。该研究预示着GNA可以作为一种新的脓毒症和炎性疾病治疗的候选药物。

|   01、GNA可缓解脓毒症小鼠的多器官损伤并抑制巨噬细胞中炎症细胞因子的释放

研究者首先通过实验评估GNA能够显著降低小鼠由脓毒症引起的炎性细胞因子水平升高和改善多器官损伤(图1A-B)。与此同时,在小鼠CLP手术后的第一个48小时内,GNA显著提高了脓毒症小鼠的存活率(图1C)。体外实验水平上,研究者用脂多糖诱导RAW264.7细胞炎症,而后发现这些细胞的形态变化通过GNA处理得到改善(图1D)。此外,研究者还观察到内毒素(LPS)刺激后细胞上清液中一氧化氮(NO)和肿瘤坏死因子-α等炎症因子水平升高,经GNA处理后可得以恢复(图1E)。这些结果表明,GNA可以减轻炎症反应,保护多器官损伤,提高脓毒症小鼠的存活率并且GNA可抑制巨噬细胞炎性细胞因子的表达和释放。

图1  GNA可缓解脓毒症小鼠的多器官损伤并抑制巨噬细胞中炎症细胞因子的释放

|   02、HK1是GNA的潜在作用靶点,GNA能够抑制HK1的表达和活性,并减轻Warburg效应

研究者为了确定GNA的潜在靶点以及确切结合位点,在ABPP技术的基础上,于RAW264.7 细胞中利用碘乙酰胺的炔基衍生化探针(IA-alkyne进行了isoTOP-ABPP技术筛靶,实验结果表明GNA与蛋白质半胱氨酸残基结合(图2A-B)。同时研究者发现,有30种差异蛋白可能是GNA的潜在靶点,其中蛋白质HK1排名较高,它与糖酵解和Warburg效应密切相关(图2C-D)。综合CETSA/Pull down+WB以及免疫荧光共定位实验数据,可以得知GNA能够在LPS刺激的巨噬细胞中与HK1直接结合(图2E-H)。为了进一步阐明GNA对HK1的影响,研究者对RAW264.7细胞进行脂多糖刺激,发现GNA通过调节HK1的表达水平和催化活性来影响Warburg效应(图2I-M)。上述实验表明,HK1GNA的潜在作用靶点,GNA能够抑制HK1的表达和活性,抑制内毒素刺激的RAW264.7细胞的有氧糖酵解,恢复线粒体的呼吸,从而减轻Warburg效应。

图2  HK1是GNA的潜在作用靶点,GNA能够抑制HK1的表达和活性,并减轻Warburg效应

|   03、HK1的Cys684是GNA的结合位点

研究者通过isoTOP-ABPP技术(达吉特此前对相关技术有详细介绍,可参考:置顶推荐 | ABPP化学蛋白质组学技术的进化史)以及分子对接分析验证,HK1蛋白的反应性半胱氨酸残基是GNA的结合部位且GNA 能够与HK1的Cys684残基位点结合(图3A-B)。接下来,研究者通过BLI法检测得到GNA与HK1-WT野生型之间具有很强的亲和力且GNA具有相当的抑制效果,但与HK1-C684A突变体之间的相互作用较弱(图3C-E)。这些结果表明,GNAHK1Cys684位点结合,并降低了HK1的活性。

图3  HK1的Cys684是GNA的结合位点

|   04、GNA调节HK1介导的NLRP3炎性小体的活化并且在内毒素刺激的巨噬细胞中敲低HK1可减轻炎症反应

为了确定GNA是否通过调节HK1从线粒体的解离来减轻内毒素刺激的巨噬细胞的炎症反应,研究者发现在内毒素刺激后,随着GNA处理时间的增加,GNA抑制HK1从线粒体膜上的解离,降低HK1的细胞质水平,从而抑制NLRP3炎症体的激活和炎性细胞因子的释放(图4A-C)。此外,研究者用GNA处理HK1基因敲除细胞后,除了NO外,相关炎症介质的水平也有类似的降低(图4D-E)。上述实验结果表明GNA通过HK1介导的Warburg效应和NLRP3炎症小体激活发挥抗炎作用。

图4  GNA调节HK1介导的NLRP3炎性小体的活化并且在内毒素刺激的巨噬细胞中敲低HK1可减轻炎症反应

|   总结与讨论

在本研究中,研究者利用碘乙酰胺的炔基衍生化探针(IA-alkyne进行了基于同位素标记串联正交酶水解的活性蛋白质分析(isoTOP-ABPP)技术筛靶鉴定了蛋白质组中的反应性半胱氨酸基团达吉特可提供isoTOP-ABPP技术服务

半胱氨酸(CysteineCys由于其侧链巯基的化学活泼性使其展现出较强的内在活性,是多种蛋白质的功能活性位点。此外,还能够发生多种翻译后修饰的类型,参与诸多生理过程。由此,半胱氨酸已成为共价药物设计的理想结合位点,鉴定小分子在细胞内结合靶蛋白的半胱氨酸位点在药物靶点发现和先导化合物优化的相关研究中具有重要作用。isoTOP-ABPP技术能够精准鉴定小分子化合物在复杂蛋白质组中结合靶蛋白的半胱氨酸位点,对于理解药物作用机制和挖掘潜在副作用具有关键作用。此外,还能够定量比较同一化合物对于不同靶点结合位点的占据效率,以评估其选择性,为结构优化提供指导。

达吉特可以进行全系列的ABPP化学蛋白组钓靶技术服务,具体如下:

总体而言,这项研究扩展了我们对GNA在脓毒症上有益作用的理解,以及阐明了其潜在靶点和作用机制。GNA能够通过靶向HK1介导的Warburg效应和NLRP3炎性体活化的调节来减轻炎症,突显其作为脓毒症和炎症性疾病新型治疗剂的潜力。

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达吉特深耕于小分子靶点筛选领域多年,因为专注所以专业。针对小分子靶点研究,无论是天然化合物还是体内代谢物,达吉特均有合适的筛靶方案提供。截止目前,达吉特已经帮助中国科研工作者在种类多样的小分子靶点筛选工作中取得重要突破,相关研究成果多次出现在STTT、Mol Cancer、Circ Res、J. Hepatol、Nat Commun、PNAS、APSB等国际著名学术期刊上。筛靶就找达吉特也逐步成为业界共识。

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10)细胞、小动物活体成像

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12)以靶找药:虚拟筛选+HSPR

|   相关文献

Pang H, Chen H, Chen P, et al.Gambogenic acid ameliorates inflammation by inhibiting HK1-mediated Warburg effect and NLRP3 inflammasome activation in sepsis, Acta Pharmaceutica Sinica B, 2025, S2211-3835(25)00697-5.

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