文章信息
文章題目：Structure-guided discovery of bile acid derivatives for treating liver diseases without causing itch
期刊：Cell
發(fā)表時間：2024年10 月29日
主要內容：北京大學雷曉光課題組聯(lián)合北京大學李毓龍課題組，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)地揭示了人體內源“天然產(chǎn)物”分子膽酸誘導膽汁淤積瘙癢的分子機制，并且開發(fā)出針對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
瘙癢自古以來一直被人們所關注，現(xiàn)代醫(yī)學已表明，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法通過這種藥物進行治療，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節(jié)。膽酸通過腸肝循環(huán)不斷再利用，維持著機體的代謝平衡。然而，當膽汁流動受阻，發(fā)生膽汁淤積時，膽酸無法正常代謝并在體內積累，導致約80%的膽汁淤積患者出現(xiàn)嚴重的慢性瘙癢，極大地影響他們的生活質量。迄今為止，導致膽汁淤積瘙癢的分子機制仍不明確，且缺乏有效的治療藥物。
文章概述
首先，該研究團隊收集到數(shù)十例有瘙癢癥狀或無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，有望用于預測和監(jiān)測瘙癢的發(fā)生。那么，磺酸化修飾后的膽酸是如何導致膽汁淤積病人產(chǎn)生瘙癢癥狀的呢？
接下來，研究者針對這一分子機制展開了詳細的研究。研究者懷疑，是不是磺酸化后的膽酸對于hX4具有更強的親和力，從而產(chǎn)生這種更為嚴重的瘙癢現(xiàn)象。為了證明這一點，研究者測試了不同修飾類型的膽酸對于hX4的激活活性，結果表明膽酸的3號位羥基（3-OH）對于激活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這兩種膽酸都能夠導致人源化大鼠產(chǎn)生瘙癢癥狀，并且DCA-3S能夠產(chǎn)生更為嚴重的瘙癢。那么磺酸化修飾是如何增強膽酸對于hX4的親和力的呢？
研究者推測磺酸化膽酸活性的提高可能與磺酸基團攜帶了一個負電荷有關。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的復合物結構，首次揭示了膽酸是如何激活hX4的分子機制。
正如所預測的那樣，DCA-3P的磷酸部分（P-Head）被鎖定在富含正電氨基酸的結合腔中，這種靜電相互作用正是導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。這些研究詳細闡明了膽酸激活hX4的分子機制，展示了3-OH基團和磺酸化修飾在激活hX4過程中發(fā)揮的關鍵作用，為我們理解膽酸誘發(fā)瘙癢提供了全新視角。
隨后研究者也同時關注到現(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OCA產(chǎn)生瘙癢的副作用可能也是通過激活hX4來實現(xiàn)的。進一步通過分子、動物、人體等多方位的角度證實，OCA確實可以激活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導致瘙癢副作用的靶點確實就是hX4。
為了研究C7的全基因組效應，研究人員對C7和OCA處理后的HepG2細胞進行了RNA測序分析。結果證實了C7在治療NASH等肝臟疾病方面依然具備顯著療效，且不會引發(fā)瘙癢問題。進一步研究發(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)出強大的肝保護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方面展開了非常系統(tǒng)的研究。第一個方面，從臨床樣本出發(fā)，結合高分辨質譜發(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顯著升高，它們能夠通過增強對于hX4的激活活性從而導致更為嚴重的瘙癢癥狀。此外，利用冷凍電鏡技術，解析了hX4與膽酸類似物的復合物結構，詳細地闡明了膽酸的3-OH對于激活hX4的重要作用。第二個方面，研究者針對OCA在臨床上導致瘙癢副作用開展了一系列的機制和分子改造研究。首先證實OCA通過激活hX4導致瘙癢副作用，接著根據(jù)發(fā)現(xiàn)的膽酸激活hX4的分子機制，精準地對OCA進行化學改造，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在臨床上應用中遇到的瘙癢難題。
全式金生物產(chǎn)品支撐
優(yōu)質的試劑是科學研究的利器。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的熱啟動高保真DNA聚合酶，其擴增效率高、擴增速度快 (4 kb/min，是普通Pfu酶的8倍)，克服了普通Pfu酶擴增效率低、產(chǎn)量低和擴增速度慢 (0.5 kb/min)的缺陷，極大地縮短了反應時間，自上市以來多次榮登Cell、Nature等知名期刊，助力科學研究。
產(chǎn)品特點：
? 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。
? 長片段擴增：基因組DNA 片段的擴增可達15 kb，Plasmid DNA 片段的擴增可達20 kb。
? 高特異性：采用“TransStart” 雙封閉法新型熱啟動技術，同時封閉引物和模板。
? 擴增能力強：獨有的PCR Stimulant，提升該酶對復雜模板的擴增能力。
? 擴增產(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，證明了大家對全式金生物產(chǎn)品品質和實力的認可，也完美詮釋了全式金生物一直以來秉承的“品質高于一切，精品服務客戶”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.
