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【金秋计划】甘草查尔酮D靶向STING改善炎症性疾病

小卡

2024/09/09

中药/天然药检测

cGAS-STING通路可感知异常的细胞质DNA，然后启动宿主对入侵病原体和癌症的免疫反应。鉴于STING在自身免疫和炎症疾病中的重大作用，抑制STING是一种很有前途的炎症性疾病治疗方法。STING 的激活是一个多步骤过程，包括与cGAMP结合、自我寡聚化以及从内质网易位到高尔基体，最终诱导IRF3和NF-κB介导的干扰素和炎症细胞因子的表达，破坏其中任何一个步骤都可以有效抑制STING激活。传统的基于结构的药物筛选方法通常侧重于特定的结合位点。目前发现一些抑制剂，然而，由于药代动力学较差、体内活性，这些抑制剂均未进入临床研究阶段。

2024年8月22日，中国科学院上海药物研究所张素林/郑明月团队在Sci China Life Sci（IF=8.0）发表题为“Targeting STING oligomerization with licochalcone D ameliorates STING-driven inflammatory diseases”的文章，采用基于蛋白质一级序列且不依赖于结合位点的TransformerCPI模型来识别能够与STING蛋白结合的化合物。来源于中药甘草的天然产物甘草查尔酮D（Licochalcone D，LicoD）被鉴定为一种有效且选择性的STING抑制剂。LicoD不与经典的配体结合口袋结合，相反，它共价修饰STING的Cys148残基，这种修饰可抑制STING寡聚化，从而抑制STING及下游信号通路的激活。此外，LicoD治疗可改善DSS诱发的结肠炎和AOM/DSS诱发的结肠炎相关结肠癌的进展。
1、基于序列的 STING抑制剂AI虚拟筛选作者采用TransformerCPI模型（一种基于蛋白质一级序列、不依赖结合位点的端到端深度学习模型）进行虚拟筛选，预测了STING与20万个化合物（来源于SPECS库以及组内化合物库）之间的潜在相互作用，筛选出排名前1000的化合物并通过聚类分析，得到100个候选化合物。随后通过蛋白质热迁移（PTS）实验检测候选化合物与STING蛋白的结合能力，发现天然产物LicoD可以剂量依赖性地增加人源和鼠源STING热稳定性。此外，表面等离子共振（SPR）与等温滴定量热法（ITC）实验进一步确定了LicoD与STING蛋白直接结合。这些结果表明天然产物LicoD可以直接与STING蛋白结合。
2、LicoD通过直接抑制STING选择性抑制cGAS-STING信号的激活为了确定LicoD对细胞内cGAS-STING信号的影响，作者首先检查了LicoD对dsDNA 刺激的THP-1衍生巨噬细胞和RAW264.7细胞中的IFNB1、CXCL10、 IL6 mRNA的影响，发现dsDNA 刺激的两种细胞类型中，LicoD 抑制这些基因的表达。此外，LicoD抑制了STING内源性配体cGAMP诱导的STING信号通路的激活，抑制多种STING激动剂诱导的STING通路中关键蛋白磷酸化水平的升高。转录组的差异基因富集分析证实了LicoD对STING介导的信号通路的抑制作用。结果表明LicoD通过直接抑制STING选择性地抑制了细胞内cGAS-STING信号通路的激活。
3、 LicoD通过共价修饰STING的Cys148抑制STING寡聚化考虑到LicoD对由多种STING激动剂诱导的信号的广谱抑制作用，作者推测LicoD可能与这些激动剂竞争性地结合到配体结合口袋，因此建立了一种使用FAM标记的diABZI（一种已报道的STING激动剂）的荧光偏振测定方法，结果显示LicoD不会破坏STING激动剂与配体结合口袋的结合，表明LicoD没有结合到STING的配体结合口袋。尺寸排阻色谱和Western Blot实验显示LicoD能够显著抑制cGAMP诱导的STING寡聚化。进一步探究结合位点和作用机制发现LicoD可以共价结合到STING的Cys148，并破坏了STING与TBK1的相互作用，抑制cGAMP诱导的IRF3和NF-κB的核转运。此外，LicoD还可以抑制STING功能获得性突变S154变体和M155变体的激活，这表明LicoD在治疗与STING自激活突变相关的疾病方面具有潜力。
4、LicoD减轻Trex1-/-小鼠的自身炎症表型Trex1缺失小鼠因STING信号通路的持续激活而表现出严重的自身炎症性疾病表型，包括体内高水平的促炎细胞因子的释放和广泛的组织损伤。因此，作者采用了Trex1缺失小鼠开展体内药效实验以评估LicoD的体内抗炎作用。发现在Trex1缺失小鼠的骨髓衍生巨噬细胞（BMDMs）中，LicoD处理显著抑制了I型干扰素和促炎细胞因子的上调。在体内药效学实验中，LicoD可以显著抑制Trex1缺失小鼠多种组织中I型干扰素和促炎细胞因子的表达，并改善小鼠心脏、舌头、胃和肌肉的炎症症状。这些结果表明LicoD显著减轻了Trex1缺失小鼠的自身炎症性疾病表型。
5、LicoD 可减轻小鼠 DSS 诱发的结肠炎作者接着研究了LicoD是否可用于治疗小鼠的结肠炎。结果显示LicoD给药可显著缓解DSS 诱发的体重下降、结肠长度缩短、炎症细胞浸润、上皮细胞损伤、隐窝肿胀和破坏。此外，LicoD显著降低了与急性结肠炎相关的组织学评分，降低炎症细胞因子的表达。喂食 DSS导致STING信号激活，体现在结直肠组织中STING、TBK1和RF3蛋白的磷酸化增加，而LicoD治疗可有效降低这些蛋白质的磷酸化水平。总之，LicoD对小鼠DSS诱发的结肠炎具有显著的治疗作用。
6、LicoD 可减轻小鼠AOM/DSS 诱发的 CAC患有炎症性肠病（IBD）的人罹患结直肠癌的风险较高。考虑到LicoD能显著减轻DSS诱发的结肠炎小鼠结肠炎症反应，作者研究了LicoD是否可用于治疗小鼠结肠炎相关结肠癌（CAC）。结果显示LicoD治疗显著抑制AOM/DSS诱导的肿瘤的发生和生长。此外，LicoD治疗导致结肠组织内的炎症指标显著减少，导致AOM/DSS诱导的 STING、TBK1、IRF3、NF-κB和STAT3的磷酸化水平显著降低，表明LicoD通过抑制cGAS-STING信号发挥抗CAC作用。

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