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文章題目：Structure-guided discovery of bile acid derivatives for treating liver diseases without causing itch
期刊：Cell
發(fā)表時(shí)間：2024年10 月29日
主要內(nèi)容：北京大學(xué)雷曉光課題組聯(lián)合北京大學(xué)李毓龍課題組，及北京佑安醫(yī)院陳煜課題組，在Cell雜志上發(fā)表了文章Structure-guided discovery of bile acid derivatives for treating liver diseases without causing itch，該研究系統(tǒng)地揭示了人體內(nèi)源“天然產(chǎn)物”分子膽酸誘導(dǎo)膽汁淤積瘙癢的分子機(jī)制，并且開發(fā)出針對(duì)多種肝膽疾病具有良好治療效果且不存在瘙癢副作用的先導(dǎo)藥物分子。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.10.001
使用TransGen產(chǎn)品：
TransStart? FastPfu DNA Polymerase (AP221)
研究背景
瘙癢自古以來(lái)一直被人們所關(guān)注，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)已表明，組胺依賴的急性瘙癢，如過敏或蚊蟲叮咬等，可通過抗組胺類藥物有效緩解。然而，非組胺依賴的全身性慢性瘙癢卻無(wú)法通過這種藥物進(jìn)行治療，因此困擾了大量慢性瘙癢患者。
膽酸在人體中具有至關(guān)重要的生理功能，主要參與脂肪的消化吸收和膽固醇的代謝調(diào)節(jié)。膽酸通過腸肝循環(huán)不斷再利用，維持著機(jī)體的代謝平衡。然而，當(dāng)膽汁流動(dòng)受阻，發(fā)生膽汁淤積時(shí)，膽酸無(wú)法正常代謝并在體內(nèi)積累，導(dǎo)致約80%的膽汁淤積患者出現(xiàn)嚴(yán)重的慢性瘙癢，極大地影響他們的生活質(zhì)量。迄今為止，導(dǎo)致膽汁淤積瘙癢的分子機(jī)制仍不明確，且缺乏有效的治療藥物。
文章概述
首先，該研究團(tuán)隊(duì)收集到數(shù)十例有瘙癢癥狀或無(wú)明顯瘙癢癥狀的膽汁淤積病人血漿樣本。通過分析這些樣本發(fā)現(xiàn)在伴有瘙癢癥狀的膽汁淤積患者中，一種包含了特殊修飾的3位羥基磺酸化膽酸（BA-3S）含量顯著增高，磺酸化修飾的膽酸很可能也與膽汁淤積病人的瘙癢癥狀有著密切的聯(lián)系，有望用于預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)瘙癢的發(fā)生。那么，磺酸化修飾后的膽酸是如何導(dǎo)致膽汁淤積病人產(chǎn)生瘙癢癥狀的呢？
接下來(lái)，研究者針對(duì)這一分子機(jī)制展開了詳細(xì)的研究。研究者懷疑，是不是磺酸化后的膽酸對(duì)于hX4具有更強(qiáng)的親和力，從而產(chǎn)生這種更為嚴(yán)重的瘙癢現(xiàn)象。為了證明這一點(diǎn)，研究者測(cè)試了不同修飾類型的膽酸對(duì)于hX4的激活活性，結(jié)果表明膽酸的3號(hào)位羥基（3-OH）對(duì)于激活hX4具有非常重要的作用，其被磺酸化修飾后顯著提高了親和力，被氧化后則顯著降低了激活活性。接著，研究者發(fā)現(xiàn)DCA和DCA-3S這兩種膽酸都能夠?qū)е氯嗽椿笫螽a(chǎn)生瘙癢癥狀，并且DCA-3S能夠產(chǎn)生更為嚴(yán)重的瘙癢。那么磺酸化修飾是如何增強(qiáng)膽酸對(duì)于hX4的親和力的呢？
研究者推測(cè)磺酸化膽酸活性的提高可能與磺酸基團(tuán)攜帶了一個(gè)負(fù)電荷有關(guān)。研究者通過人工合成的3位磷酸化修飾膽酸DCA-3P成功解析了膽酸類化合物與hX4的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，首次揭示了膽酸是如何激活hX4的分子機(jī)制。
正如所預(yù)測(cè)的那樣，DCA-3P的磷酸部分（P-Head）被鎖定在富含正電氨基酸的結(jié)合腔中，這種靜電相互作用正是導(dǎo)致磺酸化和磷酸化膽酸激活活性提升的主要原因。此外，研究者也發(fā)現(xiàn)，DCA-3P中部的疏水部分（H-Middle）通過疏水相互作用被hX4中間豐富的疏水氨基酸所穩(wěn)定。這些研究詳細(xì)闡明了膽酸激活hX4的分子機(jī)制，展示了3-OH基團(tuán)和磺酸化修飾在激活hX4過程中發(fā)揮的關(guān)鍵作用，為我們理解膽酸誘發(fā)瘙癢提供了全新視角。
隨后研究者也同時(shí)關(guān)注到現(xiàn)有臨床藥物奧貝膽酸（OCA）在治療過程中的瘙癢副作用，推測(cè)OCA產(chǎn)生瘙癢的副作用可能也是通過激活hX4來(lái)實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)一步通過分子、動(dòng)物、人體等多方位的角度證實(shí)，OCA確實(shí)可以激活hX4并且在人源化大鼠模型，甚至人體上產(chǎn)生劑量依賴性的瘙癢癥狀。因此，OCA導(dǎo)致瘙癢副作用的靶點(diǎn)確實(shí)就是hX4。
為了研究C7的全基因組效應(yīng)，研究人員對(duì)C7和OCA處理后的HepG2細(xì)胞進(jìn)行了RNA測(cè)序分析。結(jié)果證實(shí)了C7在治療NASH等肝臟疾病方面依然具備顯著療效，且不會(huì)引發(fā)瘙癢問題。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，C7在膽汁淤積和非酒精性脂肪性肝炎（NASH）模型中展現(xiàn)出強(qiáng)大的肝保護(hù)作用和抗纖維化潛力，其有望成為治療膽汁淤積和NASH等肝病的創(chuàng)新藥物。
綜上所述，該研究工作圍繞膽汁淤積瘙癢和肝病治療新策略兩個(gè)方面展開了非常系統(tǒng)的研究。第一個(gè)方面，從臨床樣本出發(fā)，結(jié)合高分辨質(zhì)譜發(fā)現(xiàn)3位羥基磺酸化修飾膽酸在瘙癢膽汁淤積病人體內(nèi)顯著升高，它們能夠通過增強(qiáng)對(duì)于hX4的激活活性從而導(dǎo)致更為嚴(yán)重的瘙癢癥狀。此外，利用冷凍電鏡技術(shù)，解析了hX4與膽酸類似物的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，詳細(xì)地闡明了膽酸的3-OH對(duì)于激活hX4的重要作用。第二個(gè)方面，研究者針對(duì)OCA在臨床上導(dǎo)致瘙癢副作用開展了一系列的機(jī)制和分子改造研究。首先證實(shí)OCA通過激活hX4導(dǎo)致瘙癢副作用，接著根據(jù)發(fā)現(xiàn)的膽酸激活hX4的分子機(jī)制，精準(zhǔn)地對(duì)OCA進(jìn)行化學(xué)改造，成功地獲得了失去瘙癢副作用，并且保留了肝病治療活性的新一代藥物分子C7，為臨床肝病治療提供了全新的可能性，有望徹底解決OCA在臨床上應(yīng)用中遇到的瘙癢難題。
全式金生物產(chǎn)品支撐
優(yōu)質(zhì)的試劑是科學(xué)研究的利器。全式金生物的PCR產(chǎn)品TransStart? FastPfu DNA Polymerase (AP221)助力本研究。
TransStart? FastPfu DNA Polymerase (AP221)
本產(chǎn)品是用于快速PCR的熱啟動(dòng)高保真DNA聚合酶，其擴(kuò)增效率高、擴(kuò)增速度快 (4 kb/min，是普通Pfu酶的8倍)，克服了普通Pfu酶擴(kuò)增效率低、產(chǎn)量低和擴(kuò)增速度慢 (0.5 kb/min)的缺陷，極大地縮短了反應(yīng)時(shí)間，自上市以來(lái)多次榮登Cell、Nature等知名期刊，助力科學(xué)研究。
產(chǎn)品特點(diǎn)：
? 快速：4 kb/min 的延伸速度。
? 高保真性：保真性為普通Taq 酶的54 倍，普通Pfu 酶的3 倍。
? 長(zhǎng)片段擴(kuò)增：基因組DNA 片段的擴(kuò)增可達(dá)15 kb，Plasmid DNA 片段的擴(kuò)增可達(dá)20 kb。
? 高特異性：采用“TransStart” 雙封閉法新型熱啟動(dòng)技術(shù)，同時(shí)封閉引物和模板。
? 擴(kuò)增能力強(qiáng)：獨(dú)有的PCR Stimulant，提升該酶對(duì)復(fù)雜模板的擴(kuò)增能力。
? 擴(kuò)增產(chǎn)物為平端，可直接克隆于pEASY?-Blunt 系列載體中。
數(shù)據(jù)展示
全式金生物產(chǎn)品再一次登上Cell期刊，證明了大家對(duì)全式金生物產(chǎn)品品質(zhì)和實(shí)力的認(rèn)可，也完美詮釋了全式金生物一直以來(lái)秉承的“品質(zhì)高于一切，精品服務(wù)客戶”的理念。全式金生物始終在助力科研的道路上砥礪前行，希望未來(lái)能與更多的科研工作者并肩奮斗，用更多更好的產(chǎn)品持續(xù)助力科研。
使用TransStart? FastPfu DNA Polymerase (AP221)產(chǎn)品發(fā)表的部分文章：
? Yang J, Zhao T J, Fan J P, et al. Structure-guided discovery of bile acid derivatives for treating liver diseases without causing itch [J]. Cell, 2024.
? Wang Y, Zhang S, Yang X, et al. Mesoscale DNA feature in antibody-coding sequence facilitates somatic hypermutation[J]. Cell, 2023.
? Zhang H, Zhu Y, Liu Z, et al. A volatile from the skin microbiota of flavivirus-infected hosts promotes mosquito attractiveness[J]. Cell,2022.
? Lei Z, Meng H, Liu L, et al. Mitochondrial base editor induces substantial nuclear off-target mutations[J]. Nature, 2022.
? Chen J, Ou Y, Yang Y, et al. KLHL22 activates amino-acid-dependent mTORC1 signalling to promote tumorigenesis and ageing[J]. Nature, 2018
? Fan J, Ran H, Wei P L, et al. Pretrichodermamide A Biosynthesis Reveals the Hidden Diversity of Epidithiodiketopiperazines[J]. Angewandte Chemie, 2023.
? Song Z, Zhou S, Zhang H, et al. Fungal secondary metabolism is governed by an RNA-binding protein CsdA/RsdA complex[J]. Nature Communications, 2023.
? Lei Y, Fei P, Song B, et al. A loosened gating mechanism of RIG-I leads to autoimmune disorders[J]. Nucleic acids research, 2022.
? Zhang H, Li Z, Zhou S, et al. A fungal NRPS-PKS enzyme catalyses the formation of the flavonoid naringenin[J]. Nature Communications, 2022.
? Li Y, Zhao L, Zhang Y, et al. Structural basis for product specificities of MLL family methyltransferases[J]. Molecular Cell, 2022.
