中药单体 | 中药小分子-灯盏乙素直接靶点鉴定及机制解析
2024-02-02
中科新生命
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神经细胞和脑组织的功能高度依赖线粒体功能。灯盏乙素作为多种中药及复方的主要药效成分，已被证明在治疗心脑血管疾病方面具有良好的药理活性和临床效果。探究灯盏乙素发挥神经保护作用的机制和直接靶点对于指导临床合理用药无疑具有重要价值。
中国医学科学院药物研究所在Advanced Science（IF15.1）上发表了一篇题目为“Scutellarin Rescued Mitochondrial Damage through Ameliorating Mitochondrial Glucose Oxidation via the Pdk-Pdc Axis”的文章。该研究首次发现了灯盏乙素可通过靶向脑组织线粒体丙酮酸脱氢酶激酶-丙酮酸脱氢酶复合物轴（PDK2-PDC）调控线粒体有氧代谢，进而发挥神经细胞保护的作用。
研究结果
1. 基于活细胞能量代谢分析发现灯盏乙素对线粒体有氧糖代谢有调控作用
图1 灯盏乙素能减轻慢性脑缺血引起的病理改变，改善认知功能障碍，降低氧化应激
图2 灯盏乙素缓解CCH诱导的线粒体功能障碍
2. 亚细胞水平线粒体蛋白组学和13C同位素标记代谢流示踪研究，明确灯盏乙素调控的代谢物流向和通量，以及调控的代谢酶
图3 线粒体蛋白质组学研究揭示了灯盏乙素对氧化磷酸化和能量代谢途径的调节作用
图4 13C MFA和western blotting结果表明，灯盏乙素对葡萄糖-丙酮酸-TCA循环轴上的丙酮酸代谢具有调节作用
3. 灯盏乙素直接靶向PDK2-PDC轴调控线粒体有氧代谢
图5 激酶活性分析表明灯盏乙素对PDK2具有明显抑制活性
图6 分子对接表明灯盏乙素可以与PDK2的三个口袋结合
图7 Co-IP、DARTS和CETSA实验证实灯盏乙素与PDK2之间的相互作用
图8 Lip-MS实验表明灯盏乙素与PDK2存在空间直接结合口袋
总结与讨论
重要性：该研究为神经系统疾病的治疗提供了一个小分子靶向代谢通路的案例。
挑战性：小分子靶标的鉴定包含标记和非标记两大类方法，如何选择合适的技术提高靶蛋白鉴定效率具有一定难度。
拓展性：鉴于中药本身的多靶点多作用途径的特点，更多地鉴定灯盏乙素的靶蛋白对于相关疾病的机理机制研究具有重要价值。
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单体研究的重点、难点在于寻找其直接作用的靶点。探针法是直接作用靶点鉴定的主要方法之一。该方法将药物制作成探针并固定在载体上，然后钓取与其结合的蛋白并进行鉴定。但是，探针法受到化学合成实验条件以及药物结构性质等方面的限制，其适用范围有限。一些新的化学蛋白质组方法，如有限酶切法（Lip-MS），可通过分析蛋白的酶切状态，是否因被药物结合而发生改变，实现对结合蛋白的大规模鉴定。这类方法无需将小分子制备成探针，而且还提供小分子-靶点潜在结合序列信息。 有限酶切法化学蛋白质组的基本原理示意图如下：
在此基础上，进一步结合表面等离子共振（Surface plasmon resonance, SPR）等技术测定亲和力及结合动力常数，以及进行功能试验确证靶点的功能介导效应，可最终确认单体所直接作用的功能靶点。研究路线如下：
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