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        蛋白質組學

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        「青蓮客戶文章」EIF2AK2作為小檗堿抗炎作用的直接關鍵靶點

        2023-01-06 00:00:00
        「青蓮客戶文章」EIF2AK2作為小檗堿抗炎作用的直接關鍵靶點
        詳細介紹:
        繼證明NEK7是小檗堿(berberine,BBR)治療炎癥相關疾病的主要直接靶點后,中國醫學科學院&北京協和醫學院藥物研究所宋丹青導師和汪燕翔導師團隊又發現并證明了EIF2AK2也可作為BBR抗炎作用的直接關鍵靶點,相關研究成果發表在APSBDiscovery and identification of EIF2AK2 as a direct key target of berberine for anti-inflammatory effects ;IF 14.903;202212月)上,和小編一起共享這一成果吧!





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        研究背景

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        小檗堿(berberine,BBR)可從黃連、黃柏、血紅小檗等植物的根莖中通過分離提取出來天然生物堿,在過去的20年中,它被作為中國天然抗瘧藥物廣泛應用。雖有較多包括RXRα、NEK7、MKK7等在內的作用靶點已被鑒定和證明,但是BBR復雜而巧妙的網絡機制尚未完全闡明。文章選用活性蛋白組分析技術(ABPP),使用BBR親和探針尋找對抗炎癥的關鍵直接靶點;通過體外結合試驗和正交驗證實驗,表明EIF2AK3BBR抗炎作用的關鍵靶點。



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        樣本策略

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        LPSNigericin誘導PMA-THP-1細胞;EIF2AK2 siRNA誘導HEK-293細胞、HMCC3細胞、Hepg2細胞;EIF2AK2基因敲低小鼠



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        技術策略

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        LC-MS/MS鑒定(青蓮百奧提供)




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        04

        結果速遞

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        1.THP-1細胞中BBR靶點的熒光標記

        文章用LPSNigericin誘導PMA-THP-1細胞建立炎癥細胞模型,用Elisa分析培養基上清中分泌的炎癥因子,結果表明probes-7aprobes-11b表現出較好的抑制IL-1β的作用;用ABPP法測定和識別兩探針的靶向作用,結合SDS-PAGE評估并篩選合成的BBR光親和熒光探針,結果表明probes-11b在一定的濃度范圍內呈現出更顯著的熒光強度。

        篩選和評估BBR探針







        2.BBR靶標蛋白分析

        文章用probes-11bPMA-THP-1細胞進行孵育,加入或不加入BBR100μmol/L)預處理;通過LC-MS/MS分析鑒定被標記的蛋白?;虮倔w(GO)富集表明,44種蛋白密切參與各種炎癥信號通路,其中13種是通過蛋白相互作用分析的炎癥相關蛋白。通過分析這些蛋白的綜合功能和參與途徑,包括EIF2AK2、eEF1A1、PRDX3、DDX3X、VASPVPS4B在內的六種蛋白可以調節兩種或多種炎癥途徑,并有可能在BBR的抗炎效力中發揮關鍵作用。

        靶蛋白捕獲和功能分析





        3.BBR與其潛在靶標之間的親和力研究

        HEK-293細胞中進行CETSA實驗,以驗證BBR與四種靶蛋白之間的相互作用。在3575℃的溫度范圍內,添加BBR10μmol/L),EIF2AK2、eEF1A1、PRDX3VPS4B的熱穩定性得到不同程度的增強(圖3A),表明BBR與這四種蛋白質之間可能存在直接相互作用。隨后,使用重組蛋白進行SPR分析以進一步確認,具有EIF2AK2、eEF1A1、PRDX3VPS4BBBRKd值分別為7.12、13.4、23.716.8μmol/L(圖3B–E)。此外,使用Discovery Studio 4.5軟件進行了BBR與四種蛋白質之間的分子對接,對接得分分別為100.2、88.8、86.791.6,與親和力值基本一致(圖3F)。這些結果再次驗證了BBR與這四種靶蛋白之間的特異性相互作用,其中BBREIF2AK2具有較強的親和力。

        3 CETSA實驗分析BBR與潛在靶標的親和力





        4.體內外功能驗證EIF2AK2BBR作用靶標

        為了進一步了解EIF2AK2的功能作用,選用PMA-THP-1細胞中IL-1β的釋放來驗證NLRP3炎癥小體的功能。BBR抑制NLRP3的表達從而阻斷下游IL-1β的釋放,而EIF2AK2受到其抑制劑C16的藥理學抑制,未觀察到NLRP3表達和IL-1β釋放的減少(圖4DE),這推斷BBR可能通過作用于EIF2AK1來抑制NLRP2的表達和IL-1β的釋放。

        由于EIF2AK2在腦組織中相對高表達,文章驗證了EIF2AK2與人源性小膠質細胞(HMC3)中炎癥通路的相關性。發現BBR可以下調LPS誘導的p-NF-κB p65pJNK(圖4FG),而下調EIF2AK2后,BBRp-NF-κB p65p-JNK的抑制作用部分或完全消失。這說明,BBR可以通過靶向EIF2AK2影響大腦炎癥反應,并提供了BBR如何在大腦中產生抗炎相關疾病的可能機制,如阿爾茨海默病中的膠質細胞增生和認知障礙。

        另外,BBR可以抑制棕櫚酸(PA)誘導的p-JNK水平,并上調HepG2細胞中SIRT1蛋白的表達。結果進一步表明,BBR可能通過與關鍵蛋白EIF2AK2結合來調節炎癥誘導的脂質代謝紊亂(圖4H)。

        構建了EIF2AK1敲除小鼠模型,結果發現BBR可能通過靶向EIF2AK2下調IL-1β、IL-6、IL-18TNF-α分泌(圖5B–F)。肝臟的HE染色結果也同樣發現,在EIF2AK2基因敲除小鼠中,BBR減輕了肝臟組織的炎癥浸潤,而在其他組織中未發現明顯損傷。

        體外功能驗證實驗


        基因EIF2AK1敲除小鼠模型實驗


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        05

        總結

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        利用化學蛋白質組學技術,我們首次將EIF2AK2、eEF1A1、PRDX3VPS4B鑒定為小檗堿(BBR)協同抗炎作用的直接靶點。其中,BBR通過兩個離子鍵與EIF2AK2具有較強的親和力;此外,BBR可以微妙地抑制EIF2AK4的二聚化,以選擇性地調節其下游途徑,包括JNK、NF-κB、AKTNLRP3,具有良好的安全特性的優點。該結果突出了BBR在抗炎作用中的網絡機制,其中EIF2AK2是關鍵靶點,抑制EIF2AK1二聚化有可能成為對抗炎癥相關疾病的治療跨界。


        6 BBR的抗炎機制


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