Sci Adv︱曾克武/屠鹏飞团队揭示中药野马追活性成分调控神经炎症新靶点

撰文︱张晓雯，曾克武

责编︱王思珍

编辑︱杨彬伟AAA

我国目前老龄化严重，患有神经退行性疾病的人口日益增多，然而目前针对该类疾病尚无有效的治疗策略。如果将中枢神经系统比作一座城市，那么脑内的小胶质细胞就如同保卫神经系统的“士兵”，负责抵御外界病原体的入侵。然而战争是残酷的，小胶质细胞的持续工作会导致其异常活化，诱发神经炎症并损伤周围的神经元，最终促进神经退行性病变，如阿尔兹海默症和帕金森病的发生。但是针对这一病理过程目前尚无有效的治疗药物出现。

近年来，众多中医药来源的天然活性分子表现出了良好的抗神经炎活性^[1]，极具新药开发的潜力。因此，如何从中医药里寻找高活性的抗神经炎症药物，有助于为当前神经退行性疾病的治疗开辟一个全新的方向；同时利用有效的天然活性分子为探针，还可能发现全新的疾病治疗靶点，因此引起了人们的广泛研究兴趣^[2]。

2022年8月10日，北京大学天然药物及仿生药物国家重点实验室的曾克武/屠鹏飞团队在国际学术期刊Science Advances上发表了题为“Neuroinflammation inhibition by small-molecule targeting USP7 noncatalytic domain for neurodegenerative disease therapy”的研究成果，深入揭示了中药野马追活性成分野马追内酯B（Eupalinolide B，EB）变构调控靶点USP7，进而通过Keap1/Nrf2信号通路发挥抗神经炎症及改善神经退行性疾病的分子机制。

传统中药野马追，是菊科植物轮叶泽兰（Eupatorium lindleyanum DC.）的干燥地上部分，具有化痰止咳平喘的传统功效，临床上用于治疗支气管炎、肺炎和扁桃体炎。研究人员首次发现野马追内酯B（EB）具有显著的抗神经炎症活性，然而其药理机制、尤其是作用靶点尚不明确。因此，为揭示EB的直接作用靶点，作者首先构建了生物素修饰的EB分子探针，利用人类蛋白质组芯片，从神经小胶质细胞中“钩钓”出EB发挥抗神经炎症作用的靶点——泛素特异性蛋白酶7（USP7）。已知目前对于USP7的研究大多与肿瘤和免疫相关，那么USP7是否就是EB发挥抗炎作用的靶点蛋白呢？研究人员首先通过一系列的生物化学实验，证明EB与USP7具有中等强度的结合；并且EB对于USP7的去泛素酶活性具有抑制作用。接着，作者解析了EB与USP7 HUBL结构域的复合物晶体结构，发现EB以其α，β-不饱和羰基与USP7 HUBL结构域的576位半胱氨酸发生了共价结合，并通过氢键以及范德华力紧密结合在USP7 HUBL中的负电荷腔体内（图1）。

图1. 泛素特异性蛋白酶USP7是野马追内酯B（EB）抗炎作用的靶点

（图源：Xiao-wen Zhang et al, Sci Adv, 2022）

研究人员进一步发现，EB通过诱导USP7 HUBL区的构象变化，进而导致USP7处于“Over-open”的失活状态，从而抑制了USP7对泛素化底物的催化作用。荧光共振能量转移FRET实验也证明了EB这一变构调节的机制。已知USP7蛋白是一种去泛素化酶，它可以特异性去除底物蛋白上的泛素化标记，使得蛋白免于被降解，而EB作为USP7抑制剂则会诱发某些蛋白的降解。于是研究人员通过SILAC定量蛋白质组学的方法，对EB引起的下调蛋白进行发掘，最终发现EB有效抑制了USP7对特定底物蛋白Keap1的去泛素化作用。而这引发了底物蛋白Keap1的显著降解，进而促进下游Nrf2核转移并激活下游抗炎蛋白HO-1、NQO1等的表达，发挥抗神经炎症作用（见文章机制模式图 图3）。

持续激活的小胶质细胞导致慢性神经炎症，会破坏神经元结构，促进神经退行性疾病如老年性痴呆以及帕金森病（PD）的发展。因此，研究人员还考察了EB对神经炎症相关的老年性痴呆及PD的治疗效果。作者首先利用水迷宫实验，发现EB对SAMP8痴呆小鼠的空间学习记忆能力有明显的改善作用；病理结果显示：EB能够抑制小胶质细胞活化，减少痴呆小鼠脑内的β-淀粉样蛋白沉积，从而提高神经元结构的完整性。同时，转棒疲劳等行为学实验表明：EB对MPTP诱导的PD小鼠的动作协调性有明显的改善作用。病理结果显示：EB抑制了PD小鼠脑内小胶质细胞的激活，进一步抑制炎症因子对黑质致密区的多巴胺能神经元的损伤。以上结果证明，EB能通过抗神经炎症显著提高痴呆小鼠的学习记忆能力及改善帕金森病小鼠的动作协调性等（图2）。

图2. 野马追内酯B（EB）通过USP7抗神经炎症进而改善神经退行性疾病

（图源：Xiao-wen Zhang et al, Sci Adv, 2022）

图3. 野马追内酯B（EB）靶向USP7进而发挥抗神经炎症的分子机制

（图源：Xiao-wen Zhang et al, Sci Adv, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望本研究首次发现了泛素特异性蛋白酶USP7介导神经炎症的作用以及特征功能，为治疗炎症引起的神经退行性疾病展示了全新的靶点（图3）；发现天然分子野马追内酯B发挥抗神经炎症的功能及药理机制，提供了一个极具开发潜力的先导药物分子。同时另一方面，文章关于小分子的成药性优化以及结构衍生性改造方面仍有较大的研究空间，对分子这是决定天然来源的活性分子能否作为先导药物被进一步开发利用的重要条件，对天然分子进行化学修饰以期获得更优的临床效用，如较好的PK特性；提高稳定性不易被降解；改善极性易于进入细胞和在体内分布等。综上所述，本研究不仅揭示了中药调控神经免疫炎症的独特药理机制，也为抗神经炎症的创新药物设计提供了具有中医药特色的新视角与新思路，这对推动神经退行性疾病的创新药物研发具有重要意义[3]。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo0789

北京大学药学院博士生张晓雯和博士后冯娜（现为中国科学院生物物理所助理研究员）为本文的共同第一作者，北京大学药学院天然药物及仿生药物国家重点实验室曾克武研究员和屠鹏飞教授为本文的共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金和国家重点研发计划项目的资助。

通讯作者曾克武

（照片提供自：曾克武实验室）

通讯作者简介：曾克武，研究员，博士生导师，入选教育部高层次人才计划。提出“中药化学生物学”，长期致力于天然活性分子探针的发现与药物靶标鉴定研究，在PNAS、Sci Adv、ACS Cent Sci、ACS Nano、STTT等国际学术期刊发表系列研究论文60余篇，研究成果入选2017年度“中国十大医学进展”，目前担任世界中医药学会联合会、中国中西医结合学、中国药理学会等学术团体的理事、委员和青年委员等职

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参考文献（上下滑动阅读） 

[1] J. Eder, R. Sedrani, C. Wiesmann, The discovery of first-in-class drugs: origins and evolution. Nat Rev Drug Discov 13, 577-587 (2014).

[2] R. Dantzer, J.C. O'Connor, G.G. Freund, R.W. Johnson, K.W. Kelley, From inflammation to sickness and depression: when the immune system subjugates the brain. Nat Rev Neurosci 9, 46-56 (2008).

[3] R. Niranjan, Recent advances in the mechanisms of neuroinflammation and their roles in neurodegeneration. Neurochem Int120, 13-20 (2018).

本文完