王初課題組在揭示中藥活性成分黃芩苷抗脂機(jī)制方面取得重要進(jìn)展
近日，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院、北大-清華生命聯(lián)合中心王初研究員課題組在《美國科學(xué)院院刊》雜志上以長文形式發(fā)表了題為“Chemoproteomics reveals baicalin activates hepatic CPT1 to ameliorate diet-induced obesity and hepatic steatosis”的研究論文[www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1801745115]，介紹了他們利用定量化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)揭示傳統(tǒng)中藥活性分子黃芩苷治療肥胖、脂肪肝及其相關(guān)代謝疾病的分子機(jī)制。
相對于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)，傳統(tǒng)中醫(yī)藥凝聚著中華民族幾千年的健康養(yǎng)生理念及其實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在很多慢性疾病的治療中具有較明顯的優(yōu)勢。盡管中醫(yī)藥的確切療效越來越被國際社會所認(rèn)同，但在分子層面對其藥效機(jī)制的創(chuàng)新研究卻相對薄弱。在中醫(yī)藥現(xiàn)代化的大背景下，王初課題組開發(fā)了一系列基于生物質(zhì)譜的化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，以期為中藥藥效機(jī)制的深入研究提供新的思路。
現(xiàn)今全球約三分之一成年人體重超標(biāo)，這部分人群伴隨著較高的肥胖相關(guān)的代謝性疾病風(fēng)險(xiǎn)，包括非酒精性脂肪性肝病、2型糖尿病和心血管疾病等。雖然肥胖的病因和發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，但是脂質(zhì)積聚被認(rèn)為是罪魁禍?zhǔn)?。因此，減少脂質(zhì)積聚可能是改善肥胖癥和相關(guān)代謝紊亂的有效解決方案。黃芩是一種被廣泛使用的中藥材，現(xiàn)代藥理學(xué)發(fā)現(xiàn)其具有抗脂、抗炎以及抗癌等活性，特別是其最主要的活性成分黃芩苷被報(bào)道可以改善肥胖及其相關(guān)的代謝性疾病，然而其作用機(jī)制并不清楚。
圖1 中藥黃芩
王初課題組及其合作者針對這一重要科學(xué)問題，通過對黃芩苷分子進(jìn)行化學(xué)衍生化從而獲得了與天然黃芩苷具有相似生物活性的光交聯(lián)分子探針，并利用定量化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)來尋找黃芩苷在細(xì)胞內(nèi)的直接藥效靶點(diǎn)。
圖2 基于黃芩苷探針的化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)流程
他們發(fā)現(xiàn)與黃芩苷相互作用的靶標(biāo)蛋白在脂肪代謝通路中高度富集，尤其線粒體脂肪酸β-氧化的限速酶CPT1A（Carnitine O-palmitoyltransferase 1, liver isoform）引起了他們的格外關(guān)注。通過RNA干擾敲低CPTA的表達(dá)水平后，細(xì)胞喪失了對黃芩苷降脂活性的響應(yīng)，暗示這個(gè)蛋白是黃芩苷作用機(jī)制通路中的一個(gè)關(guān)鍵蛋白。接下來，他們通過定量小分子質(zhì)譜建立了CPT1A的酶活檢測體系，結(jié)果驚奇地發(fā)現(xiàn)黃芩苷可以明顯激活CPT1A的活性，從而達(dá)到加速脂肪酸降解的過程。
圖3黃芩苷可以直接激活CPT1A的活性
為了進(jìn)一步確認(rèn)黃芩苷與CPT1A的直接相互作用，他們利用計(jì)算機(jī)輔助的分子對接技術(shù)預(yù)測了黃芩苷-CPT1A復(fù)合物的模型，并通過對結(jié)合口袋位點(diǎn)的關(guān)鍵殘基進(jìn)行突變進(jìn)一步確認(rèn)了黃芩苷的確是CPT1A別構(gòu)激活劑。
圖4 基于分子對接技術(shù)預(yù)測的黃芩苷-CPT1A復(fù)合物模型
最后，他們在動物水平上證明了黃芩苷不僅有明顯的降脂活性，而且可以有效的減輕高脂飲食引起的肥胖和一系列代謝綜合征的問題，更為關(guān)鍵的是這些效應(yīng)是依賴于黃芩苷與CPT1A的直接相互作用。
綜上所述，本工作以威脅人類健康的肥胖及其相關(guān)的代謝性疾病為背景，利用先進(jìn)的定量化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了中藥活性分子黃芩苷降脂作用的直接作用靶點(diǎn)CPT1A，從而精細(xì)闡述了中藥活性分子黃芩苷治療肥胖及其相關(guān)代謝疾病的分子機(jī)制。該工作為深入研究中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)提供新的思路，同時(shí)也裨益中醫(yī)藥走向科學(xué)的進(jìn)程。
王初研究員為本文通訊作者，王初課題組博士后戴建業(yè)為本文的第一作者。北京大學(xué)肖俊宇研究員、羅佗平研究員、肖瑞平教授、黃巖誼教授、陳曉偉研究員、中國科學(xué)院動物研究所王雁玲研究員課題組對本工作的完成提供了巨大的支持和幫助。此項(xiàng)工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、生命科學(xué)聯(lián)合中心以及北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院的資助和支持。
圖5黃芩苷通過“打開”CPT1A，讓更多的脂肪進(jìn)入線粒體燃燒
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