Therapeutic effect and mechanism of hordenine on ovalbumin-induced allergic rhinitis in rats
-
摘要:
研究大麦芽碱对卵清蛋白（ovalbumin，OVA）诱导的大鼠变应性鼻炎（allergic rhinitis，AR）的治疗作用及相关机制。构建AR动物模型，采用HE染色和AB-PAS染色检测大麦芽碱对鼻黏膜病理损伤的改善情况。采用ELISA检测大麦芽碱对大鼠血清中OVA-sIgE及鼻黏膜组织上清液中IL-4的影响。采用免疫组化和Western blot实验检测大麦芽碱对Th1/Th2细胞平衡的影响。采用生物信息学进行通路预测，并通过体内及体外实验验证。实验结果表明，大麦芽碱可以减轻OVA诱导AR大鼠的行为学表现，缓解AR导致的鼻黏膜病理损伤，减少OVA-sIgE及IL-4的分泌。此外，大麦芽碱可以调节Th1/Th2平衡。生物信息学分析结果显示，大麦芽碱作用于AR的潜在作用通路为磷脂酰肌醇3（phosphoinositide 3 kinase，PI3K）/磷酸蛋白激酶（protein kinase B，Akt）信号通路。体内实验结果显示，模型组大鼠鼻黏膜中PI3K和p-Akt蛋白表达显著升高（P<0.01），经过大麦芽碱治疗后，其表达水平显著降低，体外细胞实验也验证了这一结果。本研究提示，大麦芽碱可能通过PI3K/Akt信号通路调节Th1/Th2细胞平衡，从而发挥缓解OVA诱导的变应性鼻炎的作用。
-
关键词:
- 变应性鼻炎 /
- 大麦芽碱 /
- PI3K/Akt信号通路 /
- Th1/Th2细胞平衡
Abstract:To investigate the therapeutic effect and related mechanisms of hordenine on ovalbumin (OVA)-induced allergic rhinitis (AR) in rats, HE and AB-PAS staining were used to detect the improvement of pathological damage to the nasal mucosa induced by hordenine. ELISA was employed to detect the effect of hordenine on OVA-sIgE in serum and IL-4 in the nasal mucosa supernatant of rats. IHC and Western blot experiments were undertaken to examine the effect of hordenine on Th1/Th2 cell balance. Bioinformatics analysis was performed to predict pathways, which were verified by in vivo and in vitro experiments. The experimental results showed that hordenine could alleviate the behavioral manifestations of OVA-induced AR rats, alleviate nasal mucosal pathological damage caused by AR, and reduce the secretion of OVA-sIgE and IL-4. In addition, hordenine could regulate the Th1/Th2 balance. Bioinformatics analysis results showed that the potential pathway of action of hordenine on AR was the phosphoinositide 3 kinase (PI3K)/protein kinase B (Akt) signaling pathway. The in vivo experimental results showed that the expression of PI3K and p-Akt proteins in the nasal mucosa of the model group rats was significantly increased (P < 0.01), and that the protein expression level was significantly decreased after the administration of hordenine, which was also confirmed by an in vitro experiment. This study suggests that hordenine may regulate Th1/Th2 cell balance through the PI3K/Akt signaling pathway, thereby exerting an alleviating effect on OVA-induced AR.
-
Keywords:
- allergic rhinitis /
- hordenine /
- PI3K/Akt pathway /
- Th1/Th2 cell balance
-
线粒体是细胞内的能量代谢中枢，线粒体的功能与细胞命运以及机体健康至关重要，而线粒体的形态和功能存在密切关联。线粒体融合蛋白2（MFN2）是一种跨膜蛋白，主要存在于内质网和线粒体外膜上，其能够促进线粒体的融合，保证细胞内线粒体网络的完整性，从而维持线粒体功能[1]。此外，MFN2还参与调节线粒体与内质网之间的细胞器间通讯，影响细胞内钙离子平衡和脂质代谢等[2]。越来越多的证据表明MFN2在细胞代谢、死亡、免疫等过程中起到重要作用，并参与到诸多疾病的进展中，如神经系统疾病[3]、肥胖和糖尿病[4]、心血管病[5]、肝病[6]以及细菌感染[7]与癌症[8]等，凸显了其作为药物靶点的可能性。
1. MFN2的结构与表达调控
1.1 MFN2的结构
在哺乳动物中，MFN2的结构是保守的，由757个氨基酸构成。MFN2结构域包括N端鸟苷三磷酸酶（GTP hydrolases, GTPase）结构域、七肽重复结构域（Heptad-repeat 1，HR1）以及C端第2个七肽重复结构域（HR2），HR1和HR2之间存在2个跨膜结构域与一个富含脯氨酸（proline, PR）的结构域，在N-末端靠近GTPase附近还有一个大鼠肉瘤蛋白（rat sarcoma, Ras）结合域。HR1与HR2的构象与MFN2的融合活性有关，并介导MFN2与其他MFNs形成同源或异源寡聚体[9]。
1.2 MFN2的表达调控
MFN2的表达受到多种转录因子的调控，之前认为MFN2主要受到过氧化物酶体增殖物受体γ共激活因子1（peroxisome proliferator-activated receptor-gamma coactivator, PGC-1）的调节，包括PGC1-α与PGC1-β[10]，两者分别在高能量需求以及生理状态下调节MFN2转录。最近还发现了一些新的调控因子，包括特异性蛋白1（specificity protein 1, SP1）[11]、T细胞因子/淋巴增强子结合因子（T-cell factor/lymphoid enhancer-binding factor, TCF/LEF）[12]、Krüppel样因子4（Krüppel-like factor 4, KLF4）[13]、E2F转录因子1（E2F transcription factor 1, E2F1）[14]、肌细胞增强因子2（myocyte enhancer factor 2, MEF2）[15]、信号传导与转录激活蛋白3（signal transducer and activator of transcription 3, STAT3）[16]等正向调控因子，以及锌指E盒结合同源蛋白1（zinc finger e-box binding homeobox 1, ZEB1）[17]、DNA 甲基转移酶1（DNA methyltransferases, DNMT1）[18]以及叉头转录因子-1（forkhead box o1，FOXO1）[19]等负调控因子。
MFN2蛋白的稳态水平主要依赖于泛素-蛋白酶体系统，几种特定的E3泛素连接酶负责MFN2的翻译后修饰，包括parkin RBR E3 泛素蛋白连接酶（parkin RBR E3 ubiquitin protein ligase，Parkin）[20]、膜关联环-CH型指状物5（membrane associated ring-CH-type finger 5, MARCH5）[21]、糖蛋白（glucose-regulated protein, Gp78）[22]以及HECT E3泛素连接酶1（HECT E3 ubiquitin protein ligase 1, HUWE1）。在多种疾病状态中，MFN2都被报道发生了泛素化降解，而MFN2的下调往往伴随着较差的疾病状态。因此，抑制疾病进程中MFN2的泛素化降解，可能是潜在的治疗方向。
2. MFN2的功能
MFN2主要定位于线粒体外膜，其在细胞内的功能较为复杂，其最重要的功能是促进线粒体融合。经典的线粒体融合模型中，MFN2通过与MFN1/2形成二聚体链接线粒体外膜，MFN2-/-细胞中线粒体发生融合缺陷以及碎片化，MFN2过表达可以改善线粒体融合[9]。并且这种促融合的活性与其构象有关，Franco等[23]提出的关于MFN2结构的模型表明MFN2存在HR1-HR2结构域闭合与开放的不同构象。闭合构象不能融合，而有利于线粒体融合的开放构象由MFN2 HR1结构域内的氨基酸367~384的竞争性肽段诱导。随后的研究通过肽段截断分析表明MFN2促进融合的活性取决于Met376 和His380 与HR2结构域内Asp725 和Leu727 的相互作用，并通过PTEN 诱导激酶 1（PTEN induced putative kinase 1, PINK 1）介导邻近的Ser378 的磷酸化来控制[24]。
除线粒体融合外，MFN2还在内质网线粒体接触、细胞增殖、能量代谢、内质网应激、细胞死亡以及免疫应答中发挥重要作用。如表1所示，其通过多种机制调控多种细胞内的平衡稳态，是细胞维持正常功能和应对应激反应的关键蛋白。
表 1 线粒体融合蛋白2（MFN2）的功能及其发挥功能的机制功 能 机 制 细 胞 参考文献 内质网-线粒体
接触内质网膜上的MFN2剪切体ERMIT2与线粒体上的MFNs相互作用形成同源或异源二聚体以介导ER-线粒体接触 哺乳动物细胞 [25] 透明相关形式 1（DIAPH1）直接与MFN2相互作用，缩短线粒体-肌浆网/内质网距离，从而增强细胞中线粒体-内质网的接触 心肌细胞、内皮细胞、巨噬细胞 [26] 线粒体分裂蛋白1(FIS1)发生去SUMO化，并与MFN2和电压依赖阴离子通道1（VDAC1）共组装，以增强MFN2的寡聚作用使其膜拴系活性增强 肺内皮细胞 [27] 内质网上肌浆网/内质网Ca2+ ATP酶 2（SERCA2）与MFN2相互作用，促进线粒体有效代谢所需的钙内流，从而增强线粒体-内质网的联系 CD8+ T 细胞 [28] 细胞增殖 MFN2被哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）磷酸化，并与糖酵解的关键限速酶丙酮酸激酶同工酶2（PKM2）相互作用，并减弱肿瘤细胞糖酵解，抑制肿瘤细胞增殖 肿瘤细胞 [29] MFN2敲低削弱了线粒体融合，以减弱氧化磷酸化与线粒体偶联效率，抑制细胞增殖 小鼠成纤维细胞 [30] MFN2敲低损害自噬，抑制线粒体耗氧率和细胞糖酵解，减少ATP产生，从而抑制细胞
增殖血管平滑肌细胞 [31] 能量代谢 MFN2敲除导致葡萄糖耐受不良以及胰岛素信号传导的损害 肌肉细胞、肝脏细胞、下丘脑神经元
细胞[32−33] MFN2敲除显著改善心脏代谢重新编程，使抑制的氧化磷酸化转变为糖酵解，并增加ATP产生 心脏细胞 [34] 内质网应激 在肝脏中MFN2敲除会导致内质网应激，表现为真核翻译起始因子2α激酶（eIF2α）、C/EBP同源蛋白（CHOP）和肌醇需求酶1（IRE1）表达升高；在MFN2缺陷的骨骼肌中还检测到激活转录因子6（ATF6）与重链结合蛋白（BIP）的丰度增加 肝脏细胞、骨骼肌
细胞[35] MFN2敲除细胞会表现出PERK的持续激活，MFN2作为PERK的上游激活剂与PERK相互作用，参与内质网应激 小鼠成纤维细胞 [36] 细胞死亡 MFN2过表达可以通过增强MAM，介导Ca2+从内质网流入线粒体而诱发凋亡 CD8+ T 细胞 [28] MFN2过表达可以通过缓解线粒体功能障碍，并抑制酰基辅酶 A 合成酶长链家族成员 4（acyl-CoA synthetase long chain family member 4, ACSL 4）的线粒体易位，以减弱铁死亡 心脏细胞 [37] 髓系细胞MFN2特异性敲除能够明显增加骨髓来源巨噬细胞对胆汁酸诱导焦亡的抗性，并且b-鼠胆酸能够以MFN2依赖的方式促进伤寒沙门氏菌触发的细胞焦亡 巨噬细胞 [7] 免疫 MFN2与NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3, NLRP3）炎症小体作用促进IL-1β分泌 巨噬细胞 [38] 髓系MFN2敲除促进巨噬细胞中结核分枝杆菌的生长；并且在李斯特菌、结核分枝杆菌感染以及脂多糖诱导的感染性休克期间损害免疫应答 巨噬细胞 [39] 浸润巨噬细胞的MFN2依赖性线粒体融合可以增强对病原体入侵的先天免疫 巨噬细胞 [7] 3. MFN2作为多种疾病的潜在靶点
鉴于MFN2在细胞内功能的多样性，目前已经报道MFN2多种疾病中的作用，涉及神经系统、心血管系统、肝脏疾病以及感染与癌症等。
3.1 神经系统疾病
3.1.1 2型腓骨肌萎缩症
腓骨肌萎缩症（charcot-marietooth, CMT）是最常见的遗传性神经系统疾病之一，其最常见的亚型CMT2A由于MFN2的基因突变导致，MFN2突变主要发生在靠近N端的GTPase结构域、靠近C端的Cc2结构域以及R3区域，常见的突变类型包括94位点精氨酸突变为谷氨酰胺或者色氨酸，以及364位点精氨酸突变为色氨酸等[3]。CMT2A患者表现出早期发作和进行性远端无力、肌肉萎缩和长外周轴突变性引起的感觉丧失等，目前仍无可以治疗的药物问世。最近的研究表明，通过调控线粒体融合蛋白MFNs以增加线粒体融合可以改善外周神经轴突病变，以缓解疾病表型[40]。
3.1.2 神经退行性疾病
阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）是最常见的神经退行性疾病。在海马体和皮质中敲除MFN2导致受损的线粒体分裂和融合平衡，会导致许多神经退行性变化和最终的神经元丢失，表现出AD样特征。除此之外，AD与γ-分泌酶对淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein, APP）的异常加工有关， MAM在AD患者成纤维细胞中的增加被认为参与到AD进程，并与异常的APP处理存在联系[2]。MFN2被广泛报道作为维持MAM的系链发挥作用，并且在MFN2-KO的细胞中，γ-分泌酶活性显著降低[41]。更直接的临床证据表明，MFN2在AD患者中表达显著下降，并与AD风险之间存在显著相关性[42]，这些结果都提示MFN2可能作为AD的一个潜在治疗靶点。
帕金森病（Parkinson’s disease, PD）是由于黑质多巴胺能神经元丢失而导致的运动障碍，以及包括痴呆和抑郁症在内的非运动症状，其致病主要原因是两个线粒体基因PINK1和Parkin的突变[43]。MFN2是Parkin的泛素化受体，同时Parkin以PINK 1依赖的方式与Mfn 2结合[3]。此外，Parkin还介导PGC-1α的表达，PGC1-α是MFN2的转录激活因子，这反过来增强了对降解状况下的MFN2表达的调控，在健康条件下，Parkin被认为通过以PGC1-α依赖的方式促进线粒体稳态来保护多巴胺能神经元，这个过程是由MFN2介导的[44]。这表明干预MFN2可能作为PD的一种新的治疗手段。
肌萎缩侧索硬化（amyotrophic lateral sclerosis, ALS）是一种神经肌肉疾病，主要特征在于进行性运动神经元变性和骨骼肌萎缩，Cu/Zn超氧化物歧化酶（Cu,Zn-superoxide dismutase, SOD1）突变是一种明确的致病机制[2]。神经元MFN2的缺失可产生神经肌肉突触功能障碍和骨骼肌萎缩，而增加神经元MFN2可防止SOD1突变小鼠模型和老年小鼠中的骨骼肌萎缩，同时坐骨神经切断后的神经肌肉突触丢失也可以通过MFN2表达缓解。此外，在SOD1突变小鼠模型中，Parkin基因的消融显著延缓了疾病进展并促进小鼠存活，这部分是由于MFN2的降解减少并改善了运动神经元丢失和肌肉去神经支配[45]。更进一步的临床数据则揭示了MFN2突变在ALS患者间被发现，并作为一种致病因素。
3.2 肥胖和糖尿病
目前已经有大量证据表明在肥胖和糖尿病以及瘦素、胰岛素抵抗等情况下，MFN2表达发生变化[33]。肥胖通常由于摄取与代谢的热量间不平衡以及代谢障碍等因素导致，脂肪组织是全身代谢的中心。在脂肪组织中特异性敲低Mfn2之前已经被报道会损害小鼠产热，并且导致食物摄入增加、肥胖和葡萄糖代谢受损[46]。MFN2参与细胞内代谢稳态调控，包括影响葡萄糖耐受以及胰岛素抵抗，这与其在MAM中的功能相关[33]。2型糖尿病的病因主要是由于各种因素引起的胰岛素抵抗，之前的研究报道，MFN2缺陷会导致显著的胰岛素抵抗，并且MFN2在2型糖尿病患者的骨骼肌中显著下调[33]，这表明MFN2可能参与到糖尿病进程。由于糖尿病患者主要的风险来自并发症，包括糖尿病心肌病（diabetic cardiomyopathy, DCM）、糖尿病肾病（diabetic nephropathy, DN）等等，目前已经报道了MFN2在多种并发症中的作用。在DCM中MFN2的表达下调，并伴随着线粒体的过度分裂，重组MFN2的过表达恢复了受损的融合并组织了DCM的疾病进程[47]，最近报道的泛素特异性蛋白酶 28（ubiquitin specific peptidase 28, USP28）对糖尿病心脏病的改善作用也依赖于MFN2[48]。此外，MAM参与DN进程，其机制可能包括ER应激、胰岛素抵抗、炎症小体激活等，MFN2过表达可以通过MAM显著改善DN表型[49]。所有的这些数据都表明，MFN2可以作为一种新的药物靶点来干预肥胖和糖尿病。
3.3 心血管疾病
早期研究报道MFN2是小鼠心脏发育所必需的，MFN2缺陷会导致进行性的心肌病，揭示了MFN2通过线粒体融合参与心脏疾病的机制[50]。最近的一份研究发现MFN2的特定突变Arg400→Gln400并不出现CMT2A特征，而是在心肌细胞中表现出线粒体自噬缺陷，导致线粒体吞噬性心肌病[51]。同时MFN2还作为一种增殖抑制因子，抑制血管平滑肌（vascular smooth muscle, VSMC）增殖，VCMC增生在许多血管疾病的发病机制中起着重要作用，如动脉粥样硬化和支架内再狭窄[52]。除此之外，MFN2还可以通过与PFK1相互结合，以减少其与E3泛素连接酶TRIM21的联系，抑制其泛素化降解，从而抑制VSMC中的糖酵解，阻止其为增殖反应供能，这种机制对冠心病后冠状动脉旁路移植术的治疗是有益的[5]。
3.4 肝脏疾病
MFN2在肝脏中的缺失会直接导致一系列代谢变化，包括葡萄糖耐受以及胰岛素抵抗等[43]，此外，由于MFN2功能的多样性，目前已经在诸如非酒精性脂肪性肝炎（nonalcoholic steatohepatitis, NASH）、肝纤维化等慢性、进行性肝脏疾病中报道了MFN2的独特作用。NASH是非酒精性脂肪性肝病的严重类型，MFN2在NASH中下调，并且NASH模型中MFN2的缺失表现出更加严重的疾病特征，包括炎症水平、甘油三酯升高、纤维化以及肝癌。MFN2结合磷脂酰丝氨酸，转移到线粒体并介导线粒体磷脂酰乙醇胺的合成。MFN2缺失表现出磷脂酰乙醇胺转移与磷脂合成障碍，导致内质网应激与NASH表型，MFN2的过表达则会减弱NASH程度并延缓其进展[6]。MFN2在肝脏纤维化的过程中也起到重要作用，在造血干细胞中，MFN2过表达抑制转化生长因子β1（transforming growth factor-β, TGF-β1），触发Ⅰ型、Ⅲ型和Ⅳ型胶原蛋白的下调，并使与肝脏纤维化有关的因素的形成受到抑制，并且MFN2过表达还改善了CCl4诱导的严重肝纤维化[53]。在更加严重的肝脏疾病，如急慢性肝衰竭中MFN2可以通过调节细胞凋亡与自噬来缓解疾病进展[54]。除了慢性肝病以外，MFN2也参与到病毒性肝炎（HBV）中，HBV可以刺激Parkin、PINK1基因表达，并诱导Parkin募集到线粒体，导致MFN2的泛素化和降解，以减弱融合，改变线粒体代谢以促进病毒存活[55]。鉴于MFN2在病毒感染先天免疫中的作用，干预MFN2可能是治疗HBV的一种有效手段。
3.5 细菌感染
目前研究已经报道了MFN2在抗细菌感染先天免疫中的作用，包括李斯特菌（Listeria monocytogenes）、结核分歧杆菌（Mycobacterium tuberculosis，Mtb）等。李斯特菌是李斯特菌病的致病菌，感染后表现出发热、寒战等症状。MFN2被认为是巨噬细胞中线粒体呼吸适应应激以及活性氧（ROS）产生的先决条件，MFN2在巨噬细胞中的缺失会导致细胞对李斯特菌以及结核分歧杆菌感染的保护失败[39]。结核分枝杆菌感染引起结核病（tuberculosis，TB），治疗常用的药物包括异烟肼、利福平等，但由于药物难以透过Mtb的细胞壁，治疗存在较大的障碍。最近的研究发现在结核病患者的外周血单核细胞中观察到MFN2的上调，这种上调与Mtb感染引起的NLRP3炎症小体组装相关，是宿主启动先天免疫的关键，表明MFN2参与到Mtb感染中。结核分枝杆菌可以感染肺泡巨噬细胞，并可以在细胞内存活[56]，Mtb感染的巨噬细胞可以通过诱导细胞凋亡消除Mtb。另一份研究表明MFN2在巨噬细胞中的敲低可以通过破坏线粒体网络来诱导细胞凋亡，抑制Mtb的生长，基于此使用定向于MFN2的小核酸药物与利福平或异烟肼联用可以增强疗效，相关疗法的临床前研究已经进入临床前研究阶段[57]。
3.6 癌 症
目前报道了多种癌细胞中存在线粒体碎片化情况，这提示了融合/分裂的失调。具体来讲，是动力蛋白相关蛋白1（dynamin-related protein 1, DRP1）与MFNs间比例失衡，在肝细胞癌、胃癌、卵巢癌、结直肠癌、肺癌等中均报道了MFN2的表达下调[2]。此外，MFN2还被证明与结直肠癌[58]、肾细胞癌[59]的不良预后存在关系，这可能与MFN2在细胞代谢转换中的作用有关。根据Warburg效应，癌细胞内的细胞代谢重排，将线粒体氧化磷酸化转变为糖酵解，而这种转换之前已被报道在其他疾病中可由MFN2介导[46]。最新的研究表明，MFN2可以被mTOR磷酸化，并增强与PKM2的结合，促进氧化磷酸化并抑制糖酵解[29]。细胞氧化磷酸化水平还受到MAM水平影响，在肿瘤浸润的CD8+T细胞中，MFN2还可以通过与ER上SERCA2相互作用，增强MAM，促进高效线粒体代谢所需的线粒体Ca2+流入，以增强CD8+T细胞代谢适应性，增强其疗效[28]。鉴于细胞代谢转换在癌症进展中的重要性，干预MFN2限制癌细胞代谢转换，有望成为一种新的疗法。
4. MFN2的药物开发现状
MFN2的药物目前处于起步阶段，主要集中于CMT2A中。之前的研究已经报道MFN2介导融合的活性由丝氨酸Ser387位点的磷酸化控制，Rocha等[24]针对MFN2 Ser378磷酸化和非磷酸化小肽氨基酸侧链结构进行计算机模拟以及初步筛选得到了可能结合的两类化合物先导化合物A（Cpd A）和Cpd B，将Cpd A和Cpd B活性结构同化到单个分子中，产生Cpd A-Cpd B嵌合体（Chimera B/A1）以及衍生物Chimera C，这是一种三唑脲类化合物。Chimera在MFN2缺陷细胞中有效刺激线粒体融合，破坏了MFN2 HR1-HR2的结合构象，变构激活了MFN2的融合活性。在CMT2A突变体MFN2 Arg94 →Gln94 和 Thr105 →Met105 的神经元细胞中，Chimera显著改善了突变引起的显性线粒体缺陷，并且使MFN2 Thr105 →Met105小鼠坐骨神经内的轴突线粒体运输正常化。在接下来的研究中对Chimera的体内药代动力学研究发现其会经历快速首过肝脏消除，因此在体内无效[60]。通过对化合物结构的优化与药代动力学评价，Franco等[61]发现与Chimera等效的苯基己酰胺类化合物，trans-MiM 111，具有适合于研究小鼠中MFN2功能障碍的体内药代动力学性质。在小鼠MFN2 Thr105 →Met105诱导的CMT2A模型中，每日肌内注射trans-MiM 111逆转了神经肌肉功能障碍与组织病理表型，并促进背根神经节神经元生长以及轴突再生。长效的苯基乙酰胺类化合物CPR1-B也表现出与trans-MiM111相当的疗效[62−63]。
最近的研究在前述构象模型的基础上分析了MFN2内HR1-HR2结构域相互作用，鉴定了HR1-氨基酸Val372、Met376和HR2-氨基酸Leu724、Leu727和Ala731存在疏水相互作用，以及HR1-氨基酸His380和HR2-氨基酸Asp725之间存在氢键。随后基于此进行计算机模拟与药物筛选，发现了一种胡椒碱衍生物，称为线粒体融合蛋白激活剂小分子（MASM7），MASM7与其衍生物对线粒体融合均具有显著的促进作用[64]。构象理论如图1所示，目前基于这种构象理论进行筛选的多种候选MFN2激动剂已经进入临床前研究，有望成为CMT2A和其他不可治疗的神经元线粒体动力学疾病的有效治疗方法。
![]()
图 1 变构激活MFN2原理MFN2激动剂将HR1与HR2间氨基酸的结合区域打开，使MFN2由闭合构象转变为开放构象，增强MFN2的寡聚化（OMM：线粒体外膜；HR：七肽重复结构域）表 2 MFN2激动剂名 称 结 构 化学名 参考文献 Chimera B/A1 
1-(2-((4-cyclopropyl-5-phenylcyclopenta-1,3-dien-1-yl)thio)ethyl)-3-(2-methylcyclohexyl)urea [24] Chimera C 
1-(3-(5-cyclopropyl-4-phenyl-4H-1,2,4-triazol-3-yl)propyl)-
3-(2-methylcyclohexyl)urea[24] trans-MiM 111 
N-((1S,4S)-4-hydroxycyclohexyl)-6-phenylhexanamide [61] CRP1-B 
(1R,2R)-N-((1S,4S)-4-hydroxycyclohexyl)-2-(3-phenylpropyl)cyclopropane-1-carboxamide [63] MASM7 
2-(2-((5-cyclopropyl-4-phenyl-4H-1,2,4-triazol-3-yl)thio)acetamido)-5,6-dihydro-4H-cyclopenta[b]thiophene-3-carboxamide [64] 5. 总结与展望
MFN2作为一种跨膜蛋白，其可以通过构象改变发生同源寡聚或与其他蛋白互作以调控线粒体形态以及细胞器间通讯，除此之外，MFN2还参与细胞能量代谢、内质网应激、细胞死亡、细胞免疫等多种生物学过程。MFN2的扰动引起多种疾病的发生，如MFN2的多位点突变导致神经退行性疾病CMT2A，目前仍没有有效疗法。并且MFN2突变会导致其融合活性的丧失，针对这一特性已经开发出一系列介导MFN2构象变化的激动剂，如MiM111、MASM7等，正在积极进行临床前研究。
此外，MFN2在多种疾病中表达下降，涉及肥胖、NASH、肝硬化、癌症等，并伴随着较差的疾病预后，过往的研究表明，MFN2的表达下降的原因主要是上游转录因子调控以及翻译后修饰等。尽管这方面已有较多的基础研究结果，但目前关于MFN2的药物研究主要集中于其融合活性的激活，关于调控MFN2蛋白水平的药物研究仍然较少。由于上游转录因子通常具有多下游靶点，其成药性较差。因此药物设计的思路通常作用于其翻译后修饰过程，主要是抑制泛素-蛋白酶体系统，以实现特异性的蛋白降解保护。MFN2在不同的疾病中被多种E3泛素化酶修饰，导致其蛋白的降解，因此未来的研究可以通过靶向其泛素修饰过程进行药物设计，以实现其在特定疾病中的稳定表达，以发挥治疗作用。
综上所述，以MFN2为作用靶点的药物开发具有广阔的前景，随着结构生物学的发展以及对蛋白翻译后修饰过程研究的不断深入，有望进一步阐明其精细分子结构以及降解机制，也将揭示其在细胞中的更多生物学功能和调控方式。因此，进一步研究靶向MFN2的药物设计，将为未来治疗多种疾病提供新的治疗策略和可能性。
中国药科大学药理学与毒理学学科领域进入ESI全球前万分之一 2025年1月9日，科睿唯安(Clarivate Analytics) 公布的ESI（Essential Science Indicators）最新数据显示，中国药科大学药理学与毒理学学科领域进入全球排名前万分之一，位列全球第13位。这是我校推进药学特色世界一流研究型大学建设进程中一次里程碑式的重大突破，标志着我校药学学科正式迈入世界顶尖学科行列。 -
![]()
Figure 1. Behavioral effects of hordenine on ovalbumin (OVA)-induced allergic rhinitis (AR) rats ($ \bar{x}\pm s $, n=6)
A: Scores of nasal symptoms within 30 min from the nasal stimulation stage to the last intragastric administration; B: Average number of rubbing; C: Average number of sneezing * P<0.05, ** P<0.01 vs control group; ## P<0.01 vs OVA group
![]()
Figure 2. Safety evaluation of hordenine in the treatment of OVA-induced AR rats ($ \bar{x}\pm s $, n=6)
A: Organ coefficients of important organs (heart, liver, spleen, lungs, and kidneys) in rats; B: Result of MTT assay; C: HE staining of lung tissues ** P<0.01 vs control group; ## P<0.01 vs OVA group
![]()
Figure 3. Effects of hordenine on histological alterations in OVA-induced AR rats ($ \bar{x}\pm s $, n=3)
A: HE staining results of the nasal mucosa, the black arrows indicated inflammatory cell infiltration; B: AB-PAS staining of the nasal mucosa; C: Goblet cells count of the nasal mucosa ** P<0.01 vs control group; ## P<0.01 vs OVA group
![]()
Figure 4. Secretion level of OVA-sIgE in rats’ serum (A) and IL-4 in rats’ nasal mucosa tissue supernatant (B) determined by ELISA ($ \bar{x}\pm s $, n=3)
* P<0.05, ** P<0.01 vs control group; ## P<0.01 vs OVA group
![]()
Figure 5. Expression of T-bet and GATA-3 in nasal mucosa of AR rats ($ \bar{x} $±s, n=3)
A: IHC results of GATA-3 and T-bet expression in the nasal mucosa tissues, the black arrows point to the positive expression of the target proteins; B: Western blot results of T-bet and GATA-3 expression in the nasal mucosa tissues * P<0.05 vs control group; # P<0.05 vs OVA group
![]()
Figure 6. Network pharmacology analysis results of potential pathways of action of hordenine in the treatment of AR
A: PPI network diagram of AR-related target; B: PPI network diagram of hordenine-related target; C: Venn diagram showing the intersection between hordenine and AR; D: PPI interaction network of hordenine and AR intersection targets; E: KEGG analysis; F: GO analysis
![]()
Figure 7. Diagram of molecular docking of hordenine with the following targets
A: AKT1-hordenine; B: EGFR-hordenine; C: CCL2-hordenine; D: PTGS1-hordenine; E: ADRB2-hordenine; F: HRH1-hordenine
![]()
Figure 8. Expression of PI3K, p-Akt and Akt in nasal mucosa of OVA-induced AR rats ($ \bar{x}\pm s $, n=3)
A: IHC results of PI3K, p-Akt and Akt expression in nasal mucosa tissues, the black arrows point to the positive expression of the target proteins; B: Western blot of PI3K, p-Akt and Akt in the nasal mucosa tissues ** P<0.01 vs control group; # P<0.05, ## P<0.01 vs OVA group
![]()
Figure 9. Effects of hordenine on the expression of PI3K, p-Akt and Akt in peritoneal macrophages ($ \bar{x} \pm s$, n=3)
* P<0.05 vs control group; # P<0.05, ## P<0.01 vs OVA group
Table 1 Topological analysis results of the main target network
Target Degree Betweenness Closeness AKT1 13 121.85238095 0.02325581 EGFR 12 97.38571428 0.02272727 CCL2 10 39.05714285 0.02083333 PTGS1 8 134.47619047 0.02222222 SLC6A4 7 52.48809523 0.01886792 ADRB2 7 117.69047619 0.02222222 HRH1 7 188.12619047 0.02 
下载: 导出CSV
Table 2 Binding energy of hordenine for partial core targets
Target Binding energy/(kJ/mol) AKT1 − 29.677112 EGFR − 30.024384 CCL2 − 27.936568 PTGS1 − 35.250200 ADRB2 − 29.480464 HRH1 − 29.672928
下载: 导出CSV
-
[1] Beasley R, Worldwide variation in prevalence of symptoms of asthma, allergic rhinoconjunctivitis, and atopic eczema: ISAAC[J]. Lancet, 1998, 351 (9111): 1225-1232.
[2] Simoneti CS, Ferraz E, de Menezes MB, et al. Allergic sensitization to laboratory animals is more associated with asthma, rhinitis, and skin symptoms than sensitization to common allergens[J]. Clin Exp Allergy, 2017, 47(11): 1436-1444. doi: 10.1111/cea.12994
[3] Agrawal DK, Shao ZF. Pathogenesis of allergic airway inflammation[J]. Curr Allergy Asthma Rep, 2010, 10(1): 39-48. doi: 10.1007/s11882-009-0081-7
[4] Fang DF, Zhu JF. Dynamic balance between master transcription factors determines the fates and functions of CD4 T cell and innate lymphoid cell subsets[J]. J Exp Med, 2017, 214(7): 1861-1876. doi: 10.1084/jem.20170494
[5] Sheth K. Evaluating the safety of intranasal steroids in the treatment of allergic rhinitis[J]. Allergy Asthma Clin Immunol, 2008, 4(3): 125-129. doi: 10.1186/1710-1492-4-3-125
[6] Braga DL, McLaughlin JL. Cactus alkaloids. V. Isolation of hordenine and N-methyltyramine from Ariocarpus retusus[J]. Planta Med, 1969, 17(1): 87-94. doi: 10.1055/s-0028-1099832
[7] Xu ZG, Zhang QL, Ding C, et al. Beneficial effects of hordenine on a model of ulcerative colitis[J]. Molecules, 2023, 28(6): 2834. doi: 10.3390/molecules28062834
[8] Ding FM, Wu JJ, Liu CY, et al. Effect of Xiaoyaosan on colon morphology and intestinal permeability in rats with chronic unpredictable mild stress[J]. Front Pharmacol, 2020, 11: 1069. doi: 10.3389/fphar.2020.01069
[9] Yao J, Pan D, Zhao Y, et al. Wogonin prevents lipopolysaccharide-induced acute lung injury and inflammation in mice via peroxisome proliferator-activated receptor gamma-mediated attenuation of the nuclear factor-kappaB pathway[J]. Immunology, 2014, 143(2): 241-257. doi: 10.1111/imm.12305
[10] Geng TX, Zang GY, Yan JC. Efficient extraction of primary peritoneal macrophages in mice induced by 3% thioglycollate broth[J]. J Jiangsu Univ(Med Ed)(江苏大学学报(医学版)), 2019, 29(1): 45-48. [11] Zhang QL, Wen FF, Sun F, et al. Efficacy and mechanism of quercetin in the treatment of experimental colitis using network pharmacology analysis[J]. Molecules, 2022, 28(1): 146. doi: 10.3390/molecules28010146
[12] Yu M, Wang QM, Ma YH, et al. Aryl hydrocarbon receptor activation modulates intestinal epithelial barrier function by maintaining tight junction integrity[J]. Int J Biol Sci, 2018, 14(1): 69-77. doi: 10.7150/ijbs.22259
[13] Sun N, Deng CR, Zhao QB, et al. Ursolic acid alleviates mucus secretion and tissue remodeling in rat model of allergic rhinitis after PM2.5 exposure[J]. Am J Rhinol Allergy, 2021, 35(2): 272-279. doi: 10.1177/1945892420953351
[14] Li KQ, Chen Y, Jiang R, et al. Protective effects of astragaloside IV against ovalbumin-induced allergic rhinitis are mediated by T-box protein expressed in T cells/GATA-3 and forkhead box protein 3/retinoic acid-related orphan nuclear receptor γt[J]. Mol Med Rep, 2017, 16(2): 1207-1215. doi: 10.3892/mmr.2017.6685
[15] Fu SL, Ni SH, Wang DN, et al. Coptisine suppresses mast cell degranulation and ovalbumin-induced allergic rhinitis[J]. Molecules, 2018, 23(11): 3039. doi: 10.3390/molecules23113039
[16] Pompura SL, Dominguez-Villar M. The PI3K/Akt signaling pathway in regulatory T-cell development, stability, and function[J]. J Leukoc Biol, 2018. doi: 10.1002/JLB.2MIR0817-349R.
[17] Wu XF, Xu R, Ouyang ZJ, et al. Beauvericin ameliorates experimental colitis by inhibiting activated T cells via downregulation of the PI3K/Akt signaling pathway[J]. PLoS One, 2013, 8(12): e83013. doi: 10.1371/journal.pone.0083013
计量
- 文章访问数: 23
- HTML全文浏览量: 3
- PDF下载量: 11
