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01
研究背景
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EIF2AK3是BBR抗炎作用的關鍵靶點。
02
樣本策略
LPS和Nigericin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
03
技術策略
04
結果速遞
文章用LPS和Nigericin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-7a和probes-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。
圖1 篩選和評估BBR探針
文章用probes-11b與PMA-THP-1細胞進行孵育,加入或不加入BBR(100μmol/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、VASP和VPS4B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。
圖2 靶蛋白捕獲和功能分析
在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35至75℃的溫度范圍內,添加BBR(10μmol/L),EIF2AK2、eEF1A1、PRDX3和VPS4B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、PRDX3和VPS4B的BBR的Kd值分別為7.12、13.4、23.7和16.8μmol/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、86.7和91.6,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BBR與EIF2AK2具有較強的親和力。
圖3 CETSA實驗分析BBR與潛在靶標的親和力
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4D和E),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 p65和pJNK(圖4F和G),而下調EIF2AK2后,BBR對p-NF-κB p65和p-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-18和TNF-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。
圖4 體外功能驗證實驗
圖5 基因EIF2AK1敲除小鼠模型實驗
05
總結
圖6 BBR的抗炎機制
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