新型异戊烯基二氢黄酮类组织蛋白酶K抑制剂的结合位点确证及其抗骨质疏松作用机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81903618
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H3503.老年病药物药理
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Cathepsin K is a protease that highly expresses on osteoclast with the prominent effects on bone resorption, while it also expressed weakly in other tissues, such as heart, lung and skin. All current inhibitors that developed to block the active site of cathepsin K led to a completely inhibition of its hydrolytic activity. However, it not only affected the collagenase activity in bone but also influenced the none-collagen degradation in other tissues. Therefore many drug candidates were failed and stopped in clinical phases. Recently, some researches indicated exosite 1 is a special site of cathepsin K that could be selectively blocked by inhibitors on bone without off-targets side effects. In our previous study, a novel class of cathepsin K inhibitor: prenyl dihydroflavonoid, was discovered. It effectively suppressed bone resorption in vitro. It also interacted stably with exosite 1 by molecular dynamics simulation. Thus, in the current study, we hypothesized that two prenyl dihydroflavonoids:Kushennol F and Sophoraflavone G might exert its preventive effects on bone by direct binding to exosite 1 of cathepsin K and selective blocking the collagenase activity on bone. The ovariectomized osteoporotic mice model will be established, the anti-osteoporosis activity and collagenase selective inhibition on bone of these inhibitors will be evaluated. Moreover, the cathepsin K site-specific substrate degradation assay, the binding assay for compounds with site-directed mutagenesis protein using surface plasmon resonance (SPR) technique and bone resorbed assay using cathepsin K overexpression steady cell line and human bone marrow monocyte will be carried out in vitro. Our project will provide a strong evidence for developing exosite1-directed cathepsin K inhibitor on treatment of osteoporosis.
组织蛋白酶K是破骨细胞中表达量最高、溶骨活性最强的蛋白酶,但该酶也少量表达于心、肺、皮肤等组织。基于该酶活性位点开发抑制剂会全面抑制其活性,影响骨以外其他组织的非胶原蛋白降解,最终导致多个药物临床失败。最新研究发现结合于该酶外周位点exosite1的抑制剂,可选择性抑制骨胶原蛋白降解。申请人前期发现异戊烯基二氢黄酮类成分可抑制组织蛋白酶K活性和骨吸收,分子模拟显示它们可稳定结合于exosite1。由此提出假设:异戊稀基二氢类成分苦参醇F和槐黄烷酮G可能结合于exosite1,特异性抑制骨胶原蛋白降解,发挥抗骨质疏松作用。本项目拟建立去势骨质疏松小鼠模型,评价其药效及抑制骨胶原降解特异性。体外通过底物降解选择性测试,与位点突变蛋白结合的SPR分析,明确成分的结合位点。基于组织蛋白酶K过表达细胞株及人骨髓单核细胞的骨吸收诱导等实验,阐明其抗骨质疏松作用机制。本研究旨在为开发中药来源的新型组织蛋白酶K抑制剂治疗骨质疏松奠定基础。

结项摘要

组织蛋白酶K(CTSK)是治疗骨质疏松症的有效靶点,针对该靶点活性位点(active site)研发的抑制剂在临床试验中被证实疗效显著,但均由于安全性问题宣告失败。而选择性作用于CTSK非活性位点(exosite)抑制胶原降解的抑制剂被证实可有效避免不良反应发生。项目负责人前期研究发现中药骨碎补中一种戊烯基二氢黄酮类成分Sophoraflavanone G(SG)可潜在抑制CTSK进而抑制骨吸收。通过本项目的实施我们证实SG在高(150mg/kg/day)、低(50mg/kg/day)两个剂量均可有效抑制去势骨质疏松小鼠的骨丢失,增强骨密度,改善骨的微观结构,并显著增强股骨的三点弯曲生物力学性能。骨组织形态学计量显示SG抑制骨吸收显著大于骨形成。安全性评价显示:与雌激素不同,SG不增加小鼠子宫重量和内膜厚度。骨组织免疫组化结果显示SG不影响骨中CTSK的表达和定位,但可抑制骨中CTSK的酶催化底物降解活性。体外细胞实验显示:SG可显著抑制过表达CTSK的RAW264.7细胞以及原代骨髓单核细胞诱导破骨细胞分化成熟后的骨吸收活性。SG也可显著抑制原代破骨细胞介导的CTSK酶催化底物降解活性而不影响CTSK蛋白的表达水平。进一步我们利用基于配体诱导蛋白热稳定性的细胞热迁移分析实验(CETSA)证实了SG可与CTSK稳定结合。由于CTSK非活性位点(exosite)抑制剂主要表现为选择性抑制胶原蛋白降解而不影响非胶原蛋白。我们进一步通过证实SG可抑制人重组CTSK蛋白介导的I型胶原蛋白降解。此外,不同于CTSK活性位点抑制剂Odanacatib表现出了显著的非胶原蛋白TGF-β抑制活性,SG并不抑制人皮肤成纤维细胞中TGF-β的降解。综上,我们通过本项目的实施证实了SG具有显著的体内抗骨质疏松活性,并表现出较好的用药安全性。机制上发现SG可通过与CTSK蛋白稳定结合,抑制CTSK的胶原蛋白降解活性而不影响非胶原蛋白降解,进而发挥抑制破骨细胞骨吸收的活性。SG有望开发成为新的CTSK非活性位点抑制剂用于骨质疏松症的治疗。本项目发表SCI论文6篇,申请中国发明专利3项,获得授权2项,申请PCT国际发明专利1项。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Puerarin specifically disrupts osteoclast activation via blocking integrin-β3 Pyk2/Src/Cbl signaling pathway.
葛根素通过阻断整合素-β3 Pyk2/Src/Cbl 信号通路特异性破坏破骨细胞活化
  • DOI:
    10.1016/j.jot.2022.01.003
  • 发表时间:
    2022-03
  • 期刊:
    Journal of orthopaedic translation
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Qiu Z;Li L;Huang Y;Shi K;Zhang L;Huang C;Liang J;Zeng Q;Wang J;He X;Qin L;Wang X
  • 通讯作者:
    Wang X
A novel strategy for exploring food originated anti-adipogenesis substances and mechanism by structural similarity evaluation, ADME prediction, network pharmacology and experimental validation
通过结构相似性评估、ADME预测、网络药理学和实验验证探索食物源抗脂肪生成物质和机制的新策略
  • DOI:
    10.1039/d1fo01124c
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Food & Function
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Zhang Feng-xiang;Tang Zi-ling;Qiu Zuo-cheng
  • 通讯作者:
    Qiu Zuo-cheng
8-prenylgenistein exerts osteogenic effects via ER alpha and Wnt-dependent signaling pathway
8-异戊二烯金雀异黄酮通过 ER α 和 Wnt 依赖性信号通路发挥成骨作用
  • DOI:
    10.1016/j.yexcr.2020.112186
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Experimental Cell Research
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Qiu Zuo-cheng;Zhang Yan;Xiao Hui-hui;Poon Christina-chui-wa;Li Xiao-li;Cui Jian-fang;Wong Man-kin;Yao Xin-sheng;Wong Man-sau
  • 通讯作者:
    Wong Man-sau
Genistein Modified with 8-Prenyl Group Suppresses Osteoclast Activity Directly via Its Prototype but Not Metabolite by Gut Microbiota.
8-异戊二烯基修饰的染料木黄酮直接通过其原型抑制破骨细胞活性,但不通过肠道微生物群代谢抑制破骨细胞活性
  • DOI:
    10.3390/molecules27227811
  • 发表时间:
    2022-11-13
  • 期刊:
    Molecules (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qiu ZC;Zhang FX;Hu XL;Zhang YY;Tang ZL;Zhang J;Yang L;Wong MS;Chen JX;Xiao HH
  • 通讯作者:
    Xiao HH
Dissection of the potential pharmacological mechanism of Rhizoma coptidis water extract against inflammation in diabetes mellitus via chemical profiling, network pharmacology and experimental validation
通过化学分析、网络药理学和实验验证剖析黄连水提取物抗糖尿病炎症的潜在药理机制
  • DOI:
    10.1039/d1nj02812j
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    New Journal of Chemistry
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Zhang Feng-xiang;Li Min;Yuan Yu-lin-lan;Cui Shuang-Shuang;Qiu Zuo-cheng;Li Rui-man
  • 通讯作者:
    Li Rui-man

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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