中山大学附属第三医院内分泌代谢科
近日，中山大学附属第三医院内分泌代谢科陈彦明/史国俊教授团队在营养生物学领域国际知名期刊Journal of Nutritional Biochemistry（JCR-Q1区）上发表了最新原创研究成果，论文第一作者为中山大学附属第三医院内分泌代谢科博士生杨继锋。
利用计算机技术辅助药物筛选技术，筛选出一种调节肽类激素分泌的天然小分子药物——隐绿原酸（CCA）。它广泛分布于许多天然食品或中药材中，桑叶、金银花中含量丰富。隐绿原酸通过增强内质网降解（ERAD）等相关功能，促进细胞内错误折叠蛋白的降解，改善肽类激素的分泌缺陷，恢复细胞的正常生理功能。
肽类激素分泌障碍是肥胖、糖尿病等代谢性疾病的关键致病因素。ERAD是细胞内的“清洁工”，通过降解错误折叠的蛋白质，维持内分泌细胞正常产生和分泌激素的生理功能。ERAD功能缺陷可导致多种肽类激素的成熟或分泌缺陷，进而导致相关疾病的发生。但目前临床上尚缺乏通过调控ERAD功能来改善肽类激素生成和分泌的药物。“药食同源”的思想在中国由来已久，《黄帝内经·太素》记载“空腹食之为食，病者食之为药”，很好地体现了“药食同源”的思想。 在华人社区及东南亚地区，治疗慢性病“药食同源”的理念深入人心，“保温杯泡枸杞”已成为年轻人办公室里的潮流。来源于食物或中药的天然小分子药物不仅来源广泛，而且一般食用安全性高、吸收效率高，是治疗慢性内分泌代谢疾病的药物宝库。
研究团队利用计算机技术辅助药物筛选，针对ERAD的关键功能蛋白Sel1L进行药物筛选。Sel1L蛋白具有“口袋结构”，是小分子药物的天然结合位点。通过计算机模拟Sel1L蛋白与小分子药物的结合过程，最终从“药食同源性”化合物库中筛选出58个与Sel1L蛋白亲和力较强的天然小分子单体药物（图1）。
图1. 针对ERAD关键功能分子Sel1L的药物筛选
随后，研究团队通过蛋白凝胶电泳、流式细胞术等生物学实验验证了58个天然小分子单体药物对细胞ERAD活性的调控作用，共筛选出7个能显著调控ERAD活性的天然小分子单体药物（图2）。
图2. 利用蛋白凝胶电泳和流式细胞术验证小分子药物对ERAD活性的调控作用
研究团队通过计算机模拟这7个天然小分子药物与Sel1L蛋白的相互作用模式，发现绿原酸是对Sel1L蛋白亲和力最强的天然小分子药物，其主要通过范德华力、碳氢键、氢键以及π-烷基等作用与Sel1L蛋白形成分子间相互作用（图3）。
图3. 绿原酸与Sel1L蛋白的相互作用模式
为了验证绿原酸是否具有增强ERAD功能，从而促进细胞中错误折叠的蛋白质的功能，研究团队通过在细胞中过表达正常折叠的野生型精氨酸加压素前体蛋白（WT proAVP）和易发生错误折叠的突变型精氨酸加压素前体蛋白（G57S proAVP）进行观察。实验结果发现，加入绿原酸后，细胞中错误折叠的proAVP聚合物明显减少（图4A~C）。在用环己酰亚胺（CHX）抑制细胞内蛋白质合成后，再用绿原酸处理细胞后，发现G57S proAVP的表达明显降低，证明绿原酸通过促进G57S proAVP的降解来降低其在细胞中的表达（图4D）。 用ERAD抑制剂LS102处理细胞后发现，经过绿原酸处理后，细胞中G57S proAVP含量并没有降低，证明绿原酸通过ERAD途径促进错误折叠的G57S proAVP降解（图4E）。我们进一步检测了细胞培养上清中正确折叠并分泌到细胞外的proAVP，结果发现经过绿原酸处理后，上清中proAVP含量明显升高，证明绿原酸处理可以促进正确折叠的WT proAVP成熟和分泌（图4F）。
图4. 体外细胞实验验证了绿原酸促进错误折叠蛋白降解的功能
此外，为了验证绿原酸在体内的作用效果，研究团队构建了内质网应激导致小鼠肝脏错误折叠蛋白蓄积的动物模型，并腹腔注射绿原酸进行治疗。结果显示，经过绿原酸治疗后，小鼠体内错误折叠蛋白的含量明显降低（图5）。
图5. 动物体内实验验证了绿原酸促进错误折叠蛋白降解的功能
通过以上研究发现，隐绿原酸可以增强ERAD功能，促进细胞内错误折叠蛋白的降解，为细胞正常生理功能提供“洁净安全”的内环境（图6）。隐绿原酸广泛分布于多种天然食品或中药材中，在桑叶、金银花等中含量较为丰富。该研究成果为我们提供了一种针对内质网功能的药物筛选新策略，是国际上首次通过计算机辅助设计、特异性靶向筛选调控ERAD功能小分子的研究，为通过改善肽类激素的成熟分泌来治疗内分泌代谢疾病提供了新思路，为通过食疗精准预防或治疗相关内分泌慢性代谢疾病提出了新理念。上述成果已申请国家发明专利（ZL 2.2）。
图6. 绿原酸的药物筛选及作用方式
参考文献：Yang J, Zhi Y, Wen S, Pan X, Wang H, He X, Lu Y, Zhu Y, Chen Y, Shi G. 调节 SEL1L-HRD1 ERAD 活性和缓解内质网中蛋白质错误折叠的膳食和草药来源天然化合物的表征。J Nutr Biochem。2023 年 1 月；111：109178。doi：10.1016/j.jnutbio.2022.109178。电子版 2022 年 10 月 11 日。PMID：36228974。
专业化
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之间
陈彦明
教授、主任医师、博士生导师，中山大学附属第三医院副院长、内分泌学科带头人、广东省糖尿病防治重点实验室主任。
史国俊
理学博士，中山大学附属第三医院内分泌科研究员、副主任，广东省糖尿病防治重点实验室副主任。
