导读:精准药理,高效筛选--分子互作及质谱技术联合揭开中医药奥秘,聚焦最新研究进展和技术应用,8月27日14:00直播间等你!
中医药学,作为中华民族悠久历史文化的瑰宝,历经数千年的实践与发展,已经形成了独特的理论体系与治疗方法。其“整体观念”与“辨证论治”的核心思想,在维护人类健康、治疗疾病方面展现出了不可替代的价值。然而,随着现代科学技术的发展,传统中医药学面临着如何与现代科学相结合,实现其现代化、国际化的挑战。
在这一背景下,深入研究中医药的药理机制,明确其活性成分及其与生物靶标之间的相互作用,从而进行新药开发,成为中医药现代化研究的关键所在。这不仅有助于提升中医药的临床疗效,还能为中药新药的开发提供科学依据,促进中医药在全球范围内的广泛应用。
Biacore 基于表面等离子共振(SPR)技术,凭借其高灵敏度、实时检测以及无需标记等优势,为中医药研究提供了一种全新的视角和工具。不仅是对传统研究方法的有益补充,更可以推动中医药现代化、国际化。
• 中药活性成分解析
2021年,第二军医大学联合上海大学建立了一套基于Biacore的方法来筛选TCM中的活性成分的方法。以白芍根(RPA)为例,利用Biacore技术揭示了白芍根抗炎机制及其活性成分。
研究人员利用CM5芯片固定TNF-R1蛋白,将一系列不同稀释比的RPA提取物注入芯片表面,以初步评估潜在生物活性成分与TNF-R1之间的相互作用。有趣的是,RPA提取物对TNF-R1的结合活性呈浓度依赖性(图1.A),这表明RPA提取物中的某些成分能够与TNF-R1结合。为了揭示哪些成分能够与TNF-R1结合,研究人员使用Biacore进行了垂钓实验,回收到了与TNF-R1结合的活性成分。将收集到的样品在UPLC-QTOF/MS系统上进行鉴定(图1.B-F), 实验结果显示,芍药苷和丹皮酚被鉴定为潜在的活性成分。
图1 通过SPR及质谱技术发现白芍根中的活性成分
为了进一步确认芍药苷和丹皮酚直接与TNF-R1相互作用,研究人员通过Biacore测定出芍药苷与TNF-R1的亲和力为4.9μM(图2.A和B),丹皮酚与TNF-R1的亲和力为11.8 μM(图2.C和D)。
图2 Biacore技术测定芍药苷、丹皮酚与TNF-R1的亲和力
为了探究芍药苷和丹皮酚如何发挥其药理学活性,研究人员设计了Biacore竞争实验。首先,验证了芍药苷和丹皮酚与TNF-α不结合(图3.A和B)。然后,将芍药苷(10或20 mM)与TNF-α预混合并进行Biacore检测。与单独TNF-α相比,混合物中芍药苷浓度越高,响应越低(图3.C)。这一结果表明,芍药苷在与TNF-R1结合时能够与TNF-α竞争。同样,也观察到了丹皮酚与TNF-α之间类似的竞争关系(图3.D)。竞争分析表明,来自白芍根的这两种化合物和TNF-α可能具有TNF-R1的相同结合位点,并能够相互竞争;因此,芍药苷和丹皮酚通过阻断TNF-α与TNF-R1的结合,从而发挥其抗炎作用。
图3. Biacore竞争实验验证芍药苷和丹皮酚将阻断TNF-α对TNF-R1的生物作用
在本研究中,研究人员开发了一种综合策略,将基于Biacore的筛选、亲和力测定和阻断/竞争实验相结合,探索中药生物活性成分,这种策略不仅可以用于阐明中药的作用机制,还可以用于发现新型中药衍生药物。
• 天然产物开发
慢性高血压是人类最常见的慢性疾病之一,其长期发展可通过引起心脏、肾脏、大脑和眼睛等多个靶器官的结构和功能变化,严重危害人类健康。目前,血管紧张素转化酶抑制剂(ACEI)已成为预防和控制高血压最常用的治疗方法之一。卡托普利、依那普利、福辛普利等ACEI药物在临床实践中得到了广泛应用。然而,尽管这些药物具有治疗效果,但也伴随着一些严重的副作用。近年来,许多天然化合物被发现具有强大的ACEI活性。
近年来,已经创建了多种筛选天然抑制剂的技术,包括磁珠固定化、酶固定化、比色法、分光光度法、荧光法、高效液相色谱法等。但这些方法存在实验复杂,结果易受温度影响,结果重复性差的问题,此外,上述方法无法提供抑制剂与靶标的动力学信息,这对于后续的构效关系研究和化合物的结构转化至关重要。
研究人员选择了Biacore技术作为筛选天然化合物的关键技术,如表1所示,槲皮素、原花青素、异槲皮苷、金丝桃苷、芹菜素、葛根素和槲皮素醇等化合物均以剂量依赖的方式与芯片上的可溶性ACE1(sACE1)结合,类似于阳性试剂卡托普利。对比发现,异槲皮苷(图4)对sACE1的亲和力最强(KD 5.76 × 10−6 M),而阳性对照卡托普利和槲皮素醇的亲和力最弱(KD 4.83 × 10−5 M)。
表1 Biacore检测天然化合物、阳性对照与sACE1的亲和力
图4 Biacore检测异槲皮苷与sACE1的亲和力
此外,在该研究中,研究人员通过分子对接模拟,筛选出了与ACE1的C端和N端结构域对接的白藜芦醇。然而,Biacore测定显示它与ACE1没有直接的结合,酶活性测试的结果与Biacore的结果一致,白藜芦醇在体外并不抑制ACE1。因此,“分子对接+Biacore”干湿实验相结合的方法才能最大保障结果的准确性。
综上所述,Biacore技术在中药研究中具有以下优势,可以为中药的深入研究、新药发现提供了强有力的技术支撑。
• 精准评估: Biacore能够实时、无标记地监测生物分子间的相互作用,从而精准评估中药成分与生物靶点的亲和力以及动力学参数。
• 高灵敏度:Biacore技术具有极高的检测灵敏度,能够检测到极低浓度的中药成分与生物靶点的相互作用。
• 无分子检测下限:Biacore检测无分子量下限,不仅可以检测高分子量的多糖、蛋白质,还可以应用于低分子量的生物碱、黄酮类、萜类等小分子化合物的检测。
• 高效筛选:Biacore技术能够快速地筛选中药中的复杂成分,尤其是那些与特定生物靶点(如酶、受体等)有潜在相互作用的活性成分。
通过引入Biacore等现代生物技术手段,中药研究得以从传统的经验式、试错式研究向科学化、精准化转变,推动了中药的现代化进程,提升了中药在国际医药市场上的竞争力。
Biacore分子互作和SCIEX液质联用系统,在中药新药成分鉴定和验证方面,提供了重要的科学依据,助力了中药新药在全球范围内的开发和广泛应用。
为此Cytiva和SCIEX将于8月27日14:00联合举办"精准药理,高效筛选--分子互作及质谱技术联合揭开中医药奥秘"为主题的网络研讨会,为广大用户介绍最新研究进展和技术应用。
时间 | 报告主题 | 报告嘉宾 | 报告摘要 |
14:00 | 抗新型冠状病毒潜在活性成分筛选研究 | 王晓龙 山东中医药大学实验中心科研公共平台 副教授 | 1. 以“甘草-葛根”为研究对象,针对 3CL pro、ACE2等新冠肺炎治疗的关键靶点,综合小分子与靶点的结合活性表征及功能活性验证,进行了抗新冠肺炎的潜在活性分子筛选研究。 2.采用SPR表征了小分子与靶点的亲和力,并基于SPR建立了3种不同的竞争抑制RBD-ACE结合的筛选方法。 |
14:40 | Biacore助力中医药现代化研究 | 李亚妃 Cytiva Biacore 产品专员 | 1.Biacore原理及产品介绍; 2.中医药现代化研究中的Biacore相关案例; 3.Biacore技术优势 |
15:20 | 质谱新技术在中药新药创制中的应用与创新 | 陈盛双 浙江大学 博士、助理研究员 | 质谱新技术在中药新药创制中的应用与创新 |
16:00 | SCIEX高分辨液质联用系统在中药活性成分研究中的应用 | 侯朋艺 SCIEX 高级应用工程师 | 1. SCIEX高分辨质谱仪的主要技术特点 2. 利用高分辨质谱仪对中药成分进行解析的思路 3.高分辨质谱仪在中药共价和非共价结合筛选中的应用 |
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Reference
1. Lv D, Xu J, Qi M, Wang D, Xu W, Qiu L, Li Y, Cao Y. A strategy of screening and binding analysis of bioactive components from traditional Chinese medicine based on surface plasmon resonance biosensor. J Pharm Anal. 2022 Jun;12(3):500-508. doi: 10.1016/j.jpha.2021.11.006. Epub 2021 Dec 1. PMID: 35811628; PMCID: PMC9257445.
2. Wu Q, Jiao Y, Luo M, Wang J, Li J, Ma Y, Liu C. Detection of Various Traditional Chinese Medicinal Metabolites as Angiotensin-Converting Enzyme Inhibitors: Molecular Docking, Activity Testing, and Surface Plasmon Resonance Approaches. Molecules. 2023 Oct 17;28(20):7131. doi: 10.3390/molecules28207131. PMID: 37894610; PMCID: PMC10609061.
来源于:仪器信息网
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