以姜黄素为分子探针研究乙二醛酶I介导炎症免疫反应的化学生物学研究

Glyoxalase (GLO) system is the main pathway for the metabolism of methylglyoxal (MGO) in the human body, its abnormal activity and expression will lead to abnormal changes of the concentration of its substrate methylglyoxal (MGO), which is associated with inflammation immune response, therefore it is an important therapeutic method for related diseases to regulate the activity and expression of GLO I. At present, the mechanism of GLO I involved in inflammatory immune response is still remain unknown, which limits our understanding of its mechanism of immunosuppressive effect. We found that the natural product curcumin may inhibit the activity of GLO I to mediate the occurrence of inflammatory immune response. Therefore, in order to study the molecular mechanism of GLO I-mediated inflammatory immune response, this subject intends to use curcumin as molecular probe to study its sites on GLO I, clarify the effect of GLO I involved in inflammation-related signaling pathway JAK/STAT, NF-κB, MAPKs, find MGO target, and explore the effect of curcumin and MGO target protein on LPS-induced inflammatory model mice. The purpose of this study is to elucidate the role of GLO I and MGO target protein in the regulation of inflammatory response, and explore the importance of its inhibitors in the treatment of various related diseases such as inflammation as a new target for immunosuppression of GLO I.

乙二醛酶（GLO）系统是人体中甲基乙二醛（MGO）代谢的主要途径，其活性及表达的异常将导致其底物MGO浓度发生异常变化，这与炎症的发生密切相关，因此调控GLO的活性与表达是治疗相关疾病的重要途径。目前关于 GLO Ⅰ参与炎症免疫反应的机制仍然缺乏了解，限制了对其在免疫抑制方面的认识。我们前期发现天然产物姜黄素可能是通过抑制GLO Ⅰ的活性抑制了炎症免疫反应的发生。因此，为了研究GLO Ⅰ介导的炎症免疫反应的作用机制，本课题拟以姜黄素为分子探针，明确其作用GLO I的位点，分析GLO Ⅰ在炎症相关信号通路（比如JAK/STAT, NF-κB, MAPKs）中的影响；发现MGO的作用靶标；研究GLO I及MGO靶蛋白对LPS诱导炎症模型小鼠的影响。旨在明确GLO I及MGO靶蛋白在炎症免疫反应中的作用机制，探讨GLO Ⅰ作为免疫抑制新靶点，其抑制剂在治疗炎症等各种相关疾病的应用中的重要性。

乙二醛酶系统是普遍存在的酶网络，在生命进程中起着非常重要的作用。乙二醛酶I（GLO I）是乙二醛酶系统的关键限速酶，其活性和表达的异常将导致其底物甲基乙二醛（MGO）水平发生异常变化，这与炎症的发生密切相关，因此调控GLO I的活性与表达是治疗相关疾病的重要途径。目前关于GLO Ⅰ参与炎症免疫反应的机制仍然缺乏了解，限制了对其在免疫抑制方面的认识。由于姜黄素被报道过可以作为GLO I抑制剂，因此本研究对姜黄素结构进行改造，合成了53个姜黄素类似物。我们构建体外GLO I活性检测方法去评估姜黄素及其类似物对GLO I活性的抑制作用，化合物48被发现是活性最强的GLO I抑制剂，Ki = 2.6 ± 0.9 μM。构效关系研究发现姜黄素2号位置的羰基变成双键后对GLO I活性的抑制作用明显增强。以化合物48作为分子探针，研究其对炎症通路的影响。结果发现化合物48能够明显抑制炎症通路NO的生成以及炎症因子iNOS、IL-1β、IL-6的释放，并且抑制JAK/STAT信号通路中STAT1蛋白的磷酸化以及促进STAT3蛋白的磷酸化。通过对GLO I基因和STAT1基因的过表达和Knockdown处理发现化合物48抑制GLO I活性，增加MGO含量，抑制JAK/STAT途径中STAT1蛋白的磷酸化和促进STAT3蛋白的磷酸化，从而抑制了NF-κB通路中各种炎症因子的表达，进而发挥抗炎作用。STAT1蛋白是MGO潜在的靶点。这些研究发现为揭示炎症免疫反应的新机制，以及抗炎药物的发现和发展提供了新的思路和见解。

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