基于中藥單體庫(kù)的化合物篩選應(yīng)用盤點(diǎn)

   

中醫(yī)藥是中華民族的瑰寶，源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。中醫(yī)治療的主要手段是使用中藥方劑，而中藥方劑處方通常含有多種藥用成分^[1]。以中藥中的草藥為例。一般來(lái)說(shuō)，草藥是幾種藥用植物的提取物、干燥的植物材料或細(xì)粉。這些混合物被認(rèn)為在治療中產(chǎn)生協(xié)同作用。活性、非活性和有毒成分都包含在混合物中，具有不可預(yù)測(cè)的劑量反應(yīng)和毒理學(xué)性質(zhì)，這就可能存在潛在問(wèn)題。因此，從傳統(tǒng)的和常用的中藥中鑒定和分離活性成分是多組分藥物設(shè)計(jì)的基石。

■ 諾貝爾獎(jiǎng)：青蒿素
提起中醫(yī)藥，首先浮于腦海的一定非青蒿素莫屬了吧~ 屠呦呦先驅(qū)性地發(fā)現(xiàn)中藥單體 -- 青蒿素，開創(chuàng)了瘧疾治療的新方法，榮獲 2015 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)，也一度把中藥單體的發(fā)展推向了高潮。
 

 

 
青蒿素 ，是一種倍半萜內(nèi)酯。1967年，屠呦呦作為負(fù)責(zé)人參與了中國(guó)建立了一個(gè)防治瘧疾的國(guó)家項(xiàng)目--523 工程，從中草藥中提取和分離可能具有抗瘧疾活性的成分。該團(tuán)隊(duì)調(diào)查了 2000 多種中草藥制劑，確定了 640 種可能具有抗瘧活性的靶點(diǎn)。從 200 多種中草藥中提取的 380 多種提取物對(duì)瘧疾小鼠模型進(jìn)行了抗瘧效果評(píng)價(jià)。在 1972 年，鑒定出一種無(wú)色結(jié)晶物質(zhì)為提取物的活性成分，將其命名為青蒿素 (圖 1a,b)。隨后于 1975 年在中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所團(tuán)隊(duì)的協(xié)助下確定了其立體結(jié)構(gòu) (圖 1c)^[2]。2005 年，世界衛(wèi)生組織宣布將治療瘧疾的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)向青蒿素聯(lián)合療法 (ACT)。 

 

 

 

a. 古典書籍中“青蒿”手繪彩圖; b. 田間蒿屬植物; c. 青蒿素的三維模型

 
■ 中醫(yī)智慧：其他中藥單體
與藥物開發(fā)中的許多其他植物化學(xué)發(fā)現(xiàn)相比，發(fā)現(xiàn)青蒿素的途徑很短。但這并不是中醫(yī)智慧取得成果的唯一例子。中國(guó)的臨床研究表明，砷是一種治療急性早幼粒細(xì)胞白血�。�Acute promyelocytic leukemia , APL）的有效且相對(duì)安全的中藥，三氧化二砷被認(rèn)為是APL的一線治療藥物，通過(guò)促進(jìn)早幼粒細(xì)胞白血病蛋白（Promyelocytic leukemia, PML）的降解發(fā)揮其治療作用。類似地，來(lái)自中草藥 Huperzia serrate 的 Huperzine A，是一種乙酰膽堿酯酶抑制劑，是用于治療記憶功能障礙的有效藥物^[2]。此外，隨著研究的不斷深入，來(lái)自中藥產(chǎn)品的諸多化合物在多種疾病中顯示出其獨(dú)特的療效。

   
中藥原料主要來(lái)源于植物、動(dòng)物或礦物，大多數(shù)已經(jīng)使用了數(shù)百到數(shù)千年，它們的功效和毒性為人們所知。然而，它們的許多主要生物活性成分和潛在的治療機(jī)制仍然未知。近年來(lái)，中藥單體庫(kù)的分離和制備已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，中藥單體庫(kù)和天然產(chǎn)物庫(kù)等對(duì)傳統(tǒng)中藥成分進(jìn)行了全面詳盡的匯編，人們發(fā)現(xiàn)通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)藥物化合物庫(kù)進(jìn)行高通量篩選 (High throughput screening，HTS) 可以為發(fā)現(xiàn)新型先導(dǎo)化合物提供良好的機(jī)會(huì)（詳見往期推文：叮鈴鈴~高通量篩選了解一下）。
■ 應(yīng)用一：抗病毒先導(dǎo)化合物的高通量篩選

浙江大學(xué) Wang Yi 團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了 HEK293T 細(xì)胞模型，對(duì)含有 1306 個(gè)組分的中藥配方提取文庫(kù)進(jìn)行抗病毒活性的篩選。通過(guò)液相色譜和質(zhì)譜分析進(jìn)一步鑒定Hit 化合物，并通過(guò)蛋白免疫印跡 (Western blotting) 和免疫熒光初步探索其作用機(jī)制 (圖 2)。篩選出具有良好抗病毒活性的 3 個(gè)有效化合物，分別是芒柄花苷 (Ononin)、亥茅酚苷 (sec-O-β-D-glucosylhamaudol) 和黃芪甲苷 I (Astragaloside I)，它們還可以激活 p65 磷酸化和核易位^[3]。

 

首先，挖掘選擇了中醫(yī)古籍論著中具有潛在抗病毒活性的方劑，通過(guò)對(duì)這些配方的標(biāo)準(zhǔn)化色譜分離，構(gòu)建了一個(gè) 1306 個(gè)成分的提取文庫(kù)，篩選出具有抗病毒活性的候選分子。然后，結(jié)合高效液相色譜-質(zhì)譜 (HPLC-MS)、蛋白質(zhì)印跡法 (Western blot) 和免疫熒光，最終鑒定出 3 個(gè)具有良好抗病毒活性的 hit 化合物，并對(duì)其作用機(jī)制進(jìn)行了探討。

 

■ 應(yīng)用二：Taccaoside A 介導(dǎo) CSCs 中 RAS 信號(hào)傳導(dǎo)

類似的，2023 年四川大學(xué)的 Zhao Xudong 團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè) EGFP 敲入 CSC 報(bào)告基因細(xì)胞模型，以包含 386 種中草藥的 8344 種成分的文庫(kù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行高通量篩選，鑒定了腫瘤干細(xì)胞 (CSCs) 特異性化合物，然后通過(guò) LC-MS/MS 進(jìn)行表征，將分離出的化合物進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)胞毒性試驗(yàn) (如細(xì)胞增殖、細(xì)胞死亡、DNA 損傷、線粒體膜變化和體外腫瘤形成等)。并且進(jìn)行了表面等離子共振分析，蛋白質(zhì)印跡和免疫組織化學(xué)和體內(nèi)異種移植腫瘤生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)等，以確定化合物在 CSC 中的潛在機(jī)制 (圖 3)。最終從根生植物 Tacca. subflabellata 中鑒定出 Taccaoside A 可作為潛在的抗 CSC 藥物的先導(dǎo)化合物^[4]。

 

圖 3.  CSC 特異性藥物的先導(dǎo)化合物篩選及機(jī)制研究^[4]

使用高通量篩選中藥文庫(kù)中具有生物活性的化合物，鑒定出 Taccaoside A 并通過(guò)分子研究確定介導(dǎo)其細(xì)胞毒性作用的直接結(jié)合靶點(diǎn) RAS 以及相關(guān)機(jī)制。
 
 
 
 

■ 小結(jié)

基于傳統(tǒng)中藥的化學(xué)多樣性和藥理特性，中藥在多靶點(diǎn)藥物設(shè)計(jì)中具有很大的潛力。一方面，高通量篩選技術(shù)可以利用自動(dòng)化設(shè)備及靈敏的檢測(cè)系統(tǒng)等使生化或細(xì)胞事件能夠重復(fù)和快速測(cè)試化合物數(shù)十萬(wàn)次。另一方面，其結(jié)合數(shù)量龐大的中藥樣品庫(kù)，可以實(shí)現(xiàn)藥物篩選的規(guī)�；�。既充分利用了中藥資源，又提高了傳統(tǒng)中藥來(lái)源的藥物發(fā)現(xiàn)的幾率，同時(shí)提高了中醫(yī)藥開發(fā)的質(zhì)量。

 

MCE 的中藥單體化合物庫(kù)目前可以提供近 3000 種中草藥來(lái)源的單體化合物，包括含黃酮類、多酚類、生物堿、萜類等多種結(jié)構(gòu)類型，具有較高的藥用價(jià)值，是篩選中藥來(lái)源藥物的有用工具。

相關(guān)產(chǎn)品

天然產(chǎn)物庫(kù) MCE 提供 4,300+ 種天然產(chǎn)物，包括糖類和糖苷，苯丙素類，醌類，黃酮類，萜類和糖苷，類固醇，生物堿，酚類，酸和醛等。

中藥單體化合物庫(kù) MCE 近 3,000 種中草藥來(lái)源的單體化合物，包括含黃酮類、多酚類、生物堿、萜類等多種結(jié)構(gòu)類型，具有較高的藥用價(jià)值，是篩選中藥來(lái)源藥物的有用工具。

植物來(lái)源化合物庫(kù) MCE 包含 2,500+ 種植物來(lái)源的天然產(chǎn)物。

藥食同源化合物庫(kù) 根據(jù)中國(guó)衛(wèi)計(jì)委公布的藥食同源中藥材目錄，MCE 精心設(shè)計(jì)了 1,600+ 種藥食同源類產(chǎn)品，這些產(chǎn)品都來(lái)自于食物，安全性得到保證，具有很高的藥用價(jià)值，可以用于高通量篩選和高內(nèi)涵篩選。

MCE 的所有產(chǎn)品僅用作科學(xué)研究或藥證申報(bào)，我們不為任何個(gè)人用途提供產(chǎn)品和服務(wù)
 
 

參考文獻(xiàn)
[1]. Zhuchen Zhou. Applications of Network Pharmacology in Traditional Chinese Medicine Research. Volume 2020. Article ID 1646905 

 
[2]. Tu Y. The discovery of artemisinin (qinghaosu) and gifts from Chinese medicine. Nat Med. 2011;17(10):1217-1220. Published 2011 Oct 11. 
 
[3].  Yunru Yu. Ononin, sec-O-β-d-glucosylhamaudol and astragaloside I: antiviral lead compounds identified via high throughput screening and biological validation from traditional Chinese medicine Zhongjing formulary.Pharmacol Res. 2019 Jul;145:104248.
 
 
[4]. Yang D, Dai Z, Zhu P, et al. High throughput-screening of native herbal compounds identifies taccaoside A as a cytotoxic compound that mediates RAS signaling in cancer stem cells. Phytomedicine. 2023;108:154492. 

 

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