Cell（IF=45.5）：重磅研究！中药成分青蒿琥酯靶向MD2蛋白治疗心脏纤维化

学术 2024-10-18 16:37 新疆

心脏纤维化损害心脏功能，但目前尚无有效的临床治疗方法。寻找心脏纤维化的潜力候选药物已经成为当务之急。青蒿素，大名鼎鼎的中药活性成分，屠呦呦曾因青蒿素拿下诺贝尔奖，今天分享的文章主角为抗疟“神药”青蒿素衍生物——蒿琥酯（Artesunate，ART），被发现能够治疗心脏纤维化，考虑到青蒿琥酯已经在真实世界有大规模的应用，或许心脏纤维化药物很快就能迎来零的突破。

值得注意的，今年 6月，复旦大学附属中山医院汤其群教授团队在Science（IF=56.9）也发表过一篇青蒿素及其衍生物的文章“Artemisinins ameliorate polycystic ovarian syndrome by mediating LONP1-CYP11A1 interaction”，发现青蒿素类衍生物能够显著改善PCOS的疾病表型。机制上，青蒿素能够靶向线粒体蛋白酶LONP1，促进LONP1与其底物CYP11A1的结合，加速CYP11A1的降解，抑制卵巢雄激素的合成，降低PCOS患者的雄激素水平，改善月经周期及卵巢多囊样变。该研究证明青蒿素还可以缓解多种啮齿动物模型和人类患者中多囊卵巢综合征的内分泌表现。感兴趣的朋友可一起关注一下。

2024年10月16日，斯坦福大学科学团队在Cell（IF=45.5）发表了题为“Multiscale drug screening for cardiac fibrosis identifies MD2 as a therapeutic target”的文章，开发了新的高通量多维度药物筛选技术，从约5000个化合物中找到了治疗心脏纤维化的破局新药—青蒿琥酯（Artesunate，ART）。机制上，青蒿琥酯以MD2为靶点，能够有效抑制心脏成纤维细胞中的纤维化基因表达，抑制其增殖、迁移和收缩，减少胶原蛋白沉积，改善心衰小鼠心脏功能。

Highlights

1）多尺度药物发现平台确定了一种治疗心脏纤维化的有效药物；

2）ACTA2报告基因iPSC心脏成纤维细胞是高通量筛选的有效工具；

3）MD2是治疗心肌纤维化和肥厚的靶点；

4）青蒿琥酯靶向MD2的抗纤维化和抗肥厚作用。

1、多尺度药物筛选鉴定抗纤维化化合物

作者首先建立了一个人诱导多能干细胞（iPSC）为基础的多尺度药物发现平台，从iPSC中获得对纤维化刺激敏感的iPSC-CF，以ACTA2为标志检测MyoFB的激活。通过对约5000个化合物进行了2次独立的高通量筛选，每个化合物测试7个不同剂量，并随后对iPSC衍生的心肌细胞（CM）和内皮细胞（EC）进行反筛选，排除具有潜在心血管毒性的化合物。

通过上述HTS和反筛选，青蒿琥酯（ART）成为了首选候选药物，EC50为2.1 mM，对ipsccm或iPSC-ECs无毒性达10 mM。随后作者验证了其在人原发性CFs中的抗纤维化作用，ART治疗抑制了TGF-b1刺激下ACTA2和COL1A1的表达。此外，毒性测试显示ART并没有显著损害原代CFs的活力、iPSC-CMs的活力和收缩力，以及原代ECs的活力和一氧化氮的产生。这些结果共同证明了ART治疗心脏纤维化的潜在疗效和安全性（图1）。

图1 多尺度药物筛选鉴定抗纤维化化合物

2、ART抑制CFs和3d - EHT中MyoFB的激活

然后，作者进行了一系列功能研究，以全面评估抗ART治疗的抗纤维化作用。在多种促纤维化因子（血管紧张素II、结缔组织生长因子、白细胞介素11、血小板衍生生长因子bb、TGF-b1、tenascin-C和内皮素-1）诱导的iPSC-CF模型和心脏纤维化患者体内分离的MyoFB中，青蒿琥酯都能有效地抑制MyoFB增殖和胶原分泌。此外，青蒿琥酯同时具有预防和治疗效果。总的来说，结果表明ART抑制iPSC-CFs、人原发CFs、人患病心肌病MyoFBs和3D eht的纤维化（图2）。

图2 青蒿琥酯抑制心肌成纤维细胞和工程心脏组织的肌成纤维细胞活化

3、在心衰和心肌梗死的临床前小鼠模型中，ART可减轻纤维化并改善心功能

接着，研究利用采用小鼠主动脉缩窄术（TAC）用以模拟心脏肥厚早期阶段的纤维化，发现青蒿琥酯治疗可显著减少心肌中的胶原沉积和MyoFB标记基因表达，青改善了TAC导致的心衰相关心脏功能障碍。此外，在缺血再灌注（IR）模拟心肌梗死的小鼠模型中，青蒿琥酯同样能显著改善心功能（图3）。

图3 在心力衰竭小鼠模型中，青蒿琥酯可减轻纤维化并改善心功能

4、ART抑制TAC诱导的成纤维细胞群体的动态转化

为了揭示TAC模型中ART治疗后CF转分化的动态，作者使用103xGenomics平台对3个实验组进行了单核RNA测序（snRNA-seq）： sham， TAC组（TAC）和TAC+ART处理组。snRNA-seq的无监督聚类鉴定出多个心脏细胞簇，包括CFs、CMs、ECs、巨噬细胞和周细胞。成纤维细胞簇的差异表达基因（DEG）分析显示，有161个tac上调基因被ART显著抑制，如Col1a1、Col1a2、Col3a1、Postn、Eln、Sparc、Fbn1和Loxl1。GO和KEGG通路分析表明，这些基因主要参与纤维化的发展，如TGF-b信号传导、ECM组织、胶原形成和膜-ECM相互作用（图4）。

图4 青蒿琥酯抑制TAC诱导的成纤维细胞群体的动态变化

5、ART可抑制cf中的纤维化基因和通路

接下来，作者研究了在CFs中ART调控的细胞信号。在TGF-b1或IL-11刺激下，ART以剂量依赖性的方式抑制健康供体人原代CFs中的关键MyoFB标记物和ecm，包括ACTA2、COL1A1、POSTN、纤维连接蛋白（FN1）和CTGF。ART也抑制了人患病心肌病myofb中这些纤维化基因的表达。为了全面描述转录组学变化，作者对6个独立品系中经载体和art处理的人原代CFs进行了RNA测序，这些CFs有或没有TGF-b1刺激。在所有TGF-b1刺激的基因中，有459个基因被ART显著逆转，包括ACTA2、COL1A1、COL1A2、TAGLN、SPARC、LOX、CDK1、E2F1和PLK1。GO和GSEA途径分析显示，ART下调了信号级联反应，包括ECM组织、胶原形成、增殖和迁移、平滑肌收缩和结缔组织发育。

此外，作者还评估了ART对其他器官成纤维细胞的抗纤维化作用，观察到ART抑制了从特发性肺纤维化（IPF）肺组织、瘢痕疙瘩皮肤组织和代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）患者肝组织中分离的活化的人患病myofb中ACTA2和COL1A1的表达。这些结果表明，在外界促纤维化刺激下，ART可减弱人原代CFs中纤维化基因的表达和信号通路，并减轻各种纤维化疾病中来自不同器官的人患病myofb的激活（图5）。

图5 青蒿琥酯抑制纤维化基因和途径

6、ART通过分子靶向MD2抑制MyoFB的激活

ART通过结合红细胞中的血红素产生活性氧（ROS），是治疗疟疾最有效的疗法之一。作者注意到血红素相关基因，包括HBA1、HBA2和HBB，在人类原发性CFs中不表达，这表明抗纤维化和抗疟疾作用之间存在不同的机制。据报道，ART可抑制巨噬细胞中的toll样受体4 （TLR4）信号传导，然而，TLR4信号在cf中的作用以及ART如何调节TLR4通路尚不清楚。MD2是与TLR4相互作用的共受体，在配体如脂多糖（LPS）的刺激下形成信号受体。

作者观察到LPS刺激了人原代CFs中纤维化基因（ACTA2, COL1A1， CTGF）的表达，表明MD2/TLR4的激活促进了MyoFB的激活。为了评估MD2和TLR4在心脏纤维化中的作用，作者用siRNA沉默MD2或TLR4的表达，发现MD2或TLR4敲低均可通过TGF-b1刺激抑制人原发CFs的转分化，并减弱人患病心肌病MyoFBs的激活。作者还测试了先前确定的已知抑制MD2/TLR4信号通路的化合物，包括TLR4抑制剂T5342126和TAK-242，以及MD2抑制剂L6H21。与基因敲低实验一致，这三种化合物都抑制MyoFB的激活，突出了通过药理调节MD2/TLR4信号通路的抗纤维化作用。

然后，作者检查了ART是否直接与MD2结合，通过表面等离子体共振（SPR）发现ART与MD2之间的结合，通过分子动力学模拟进一步研究了相互作用，发现ART诱导的MD2构象变化。ART稳定了MD2中残基80-88的结构域，这需要MD2-TLR4结合的灵活性。因此，稳定该结构域会拮抗MD2-TLR4相互作用，从而抑制信号通路。进一步作者通过Trp荧光测定证明ART在功能上诱导了MD2的构象变化。

接着评估ART干扰LPS-MD2结合的能力，ART和L6H21在MD2中LPS结合位点占据了相当大的空间，这表明ART和L6H21与LPS竞争性地结合MD2。

接着作者证实了ART对LPS MD2相互作用的竞争性拮抗作用，并发现ART以剂量依赖的方式取代生物素标记的LPS（生物素-LPS）与MD2结合，比L6H21更有效，这意味着ART具有更强的抗纤维化活性。同样，在TGFb1刺激的人原代CFs中，ART比L6H21更有效地抑制关键纤维化基因（ACTA2、COL1A1、CTGF）的表达。总的来说，这些结果表明ART通过靶向MD2抑制MyoFB的激活（图6）。

图6 MD2被确定为青蒿素的分子靶点

7、青蒿琥酯可拮抗MD2-TLR4信号级联

MD2是与TLR4相互作用的共受体，在配体刺激下形成信号受体。除了来自革兰氏阴性菌的LPS外，损伤相关分子模式（DAMPs）也可以刺激MD2/TLR4信号通路。特别是，ECM成分，如TNC和FN1，先前被确定为能够激活MD2/TLR4。作者观察到TNC和FN1在TGF-b1刺激的人原发CFs中上调和患病心肌病MyoFBs。重组TNC蛋白刺激了人原代CFs中纤维化基因的表达，ART抑制了纤维化基因的表达。

接下来，作者验证了ART抑制配体诱导的MD2-TLR4复合物形成的假设。采用PLA和coIP来检测过表达MD2/TLR4的HEK细胞和人原代CFs之间的生物化学相互作用，发现ART显著抑制了MD2-TLR4的相互作用。

ERK是MD2/TLR4的主要下游信号通路之一，被报道为纤维化调控的重要模块，作者发现ART抑制ERK活性。为了确定转录因子（TFs）通过MD2/TLR4信号控制由ART调节的纤维化基因表达，作者接下来在TGF-b1刺激后，在载体和ART处理的人原发CFs中进行ATAC-seq测定，发现ART降低了tgf -b1诱导的染色质可及性。ATAC-seq显示ART抑制tgf -b1诱导的与纤维化高度相关的通路，包括ECM组织、伤口愈合和细胞骨架。

MAPK信号也被确定为下调的最高途径之一，与ART通过MD2/TLR4途径观察到的ERK抑制（即MAPK家族）一致。此外，无监督的基序富集分析显示，激活蛋白-1 (AP1) TF家族是在TGF-b1刺激下ART下调最多的基序。作者验证了AP1家族的主要成分之一c-FOS 75在tgf -b1刺激的人原发CFs中被ART抑制。tac诱导的HF小鼠模型心脏组织中的ERK和c-FOS信号也被ART减弱。总之，研究结果表明，ART通过分子靶向MD2，抑制MD2和TLR4的相互作用，从而减弱细胞质中的ERK和细胞核中的c-FOS，从而减少cf中纤维化基因的表达（图7）。

图7 青蒿琥酯可拮抗MD2-TLR4信号级联

总结

心脏纤维化损害心脏功能，但目前尚无有效的临床治疗方法。为了解决这一未满足的需求，作者使用人类诱导多能干细胞（iPSC）衍生的心脏成纤维细胞（CFs）对抗纤维化化合物进行了高通量筛选。使用ipsc衍生的心肌细胞和ipsc衍生的内皮细胞对初始候选细胞进行反筛选，排除了具有心脏毒性的撞击。筛选过程确定青蒿琥酯为先导化合物。在促纤维化刺激后，青蒿琥酯抑制了人原发性CFs的增殖、迁移和收缩，减少了胶原沉积，并改善了3d工程心脏组织的收缩功能。在心力衰竭小鼠模型中，青蒿琥酯还能减轻心脏纤维化并改善心功能。机制上，青蒿琥酯靶向MD2，抑制MD2/TLR4信号通路，减轻cf中纤维化基因的表达。研究利用多尺度药物筛选，整合了人类iPSC平台，组织工程，动物模型，计算机模拟和多组学，以确定MD2作为心脏纤维化的治疗靶点（图8）。

图8 青蒿琥酯靶向MD2蛋白治疗心脏纤维化

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg5NTU2NzgxMQ==&mid=2247499174&idx=3&sn=a09c18686f83ea6f8a73852c9bf84fd4

创伤精准修复

本公众号主要围绕创伤修复为中心，介绍最新的研究和临床转化成果，推动我国创伤修复和护理水平的提高。

《Bioact. Mater.》| 革新皮肤修复：3D生物打印人类皮肤类器官的潜力

新药开发|中国学者：借助线粒体自噬激活谷胱甘肽代谢促进毛发再生

李校堃院士团队创伤精准修复课题组招聘博士后、助理研究员和科研助理

文献精读：细胞间纳米管介导的线粒体转移增强了T细胞的代谢适应度和抗肿瘤疗效

衰老细胞也玩“无间道”？《Cell》：中科大实验室开发“遗传工具箱”精准打击“坏细胞”，提供抗衰治疗新策略

科普：一套复杂而精密的线粒体损伤修复机制

李校堃院士团队创伤精准修复课题组招聘博士后、助理研究员和科研助理

课题组研究成果：仿生aFGF改性功能化压电壳聚糖膜促进烫伤创面愈合

四川大学李乙文教授团队Advanced Functional Materials：具有按需药物释放和实时监控功能的智能抗菌涂层

微生物与类器官芯片（Organoid-on-a-chip）共培养实验方案Protocol

李校堃院士团队创伤精准修复课题组招聘博士后、助理研究员和科研助理

文献精读：抗氧化和活性收缩水凝胶通过促进再上皮和皮肤收缩以促进伤口愈合

Nature、Science齐发！成功开发毛发皮肤类器官-巨噬细胞共培养模型并创建产前人类皮肤图谱

《AFM》川大和哥大联手|通过水凝胶缓解口腔生态失调和细菌引发的促炎免疫反应来控制牙槽骨丢失

李校堃院士团队创伤精准修复课题组招聘博士后、助理研究员和科研助理

傅里叶变换红外光谱（FTIR）

【Advanced Materials】独立式氢键有机框架膜可有效愈合伤口

【Advanced Materials】水凝胶衍生的两性离子微环境在促进糖尿病伤口再生过程中的免疫相互作用

李校堃院士团队创伤精准修复课题组招聘博士后、助理研究员和科研助理

文献精读：低迟滞、高韧超分子聚合物离子凝胶

Cell | 设计寡聚体组件调节FGF通路信号和血管分化

Cell（IF=45.5）：重磅研究！中药成分青蒿琥酯靶向MD2蛋白治疗心脏纤维化

李校堃院士团队创伤精准修复课题组招聘博士后、助理研究员和科研助理

文献精读：血管内皮在健康和疾病中的系统阐述

伤口微生物群：受损伤口愈合和感染的微生物机制

【Nature Communication】RC NPs控制中性粒细胞命运以调节炎症和修复治疗心肌梗死

李校堃院士团队创伤精准修复课题组招聘博士后、助理研究员和科研助理

成管实验（Tube formation assay）

Nat Commun：调节性 T 细胞的局部施用促进组织愈合

南澳大学Adv. Funct. Mater.：等离子体活化聚乙烯醇水凝胶敷料的电化学增强抗菌

李校堃院士团队创伤精准修复课题组招聘博士后、助理研究员和科研助理

文献精读：装载干细胞来源线粒体外囊泡的水凝胶微针贴片，可促进慢性伤口愈合

最新Nature | Piezo 通道的机械转导机制和生理作用

【Nat.Biomed.Eng.】数百毫秒超快、15毫米超深，用于临床血管成像的全新光学扫描系统

【Advanced Materials】独立式氢键有机框架膜可有效愈合伤口

李校堃院士团队创伤精准修复课题组招聘博士后、助理研究员和科研助理

文献精读：通过合成Notch受体以在空间上控制多细胞构建体分化的工程化可编辑材料-细胞信号通路

深入了解Notch信号通路：机制、作用与治疗前景

Nature Immu | 感觉神经元通过控制髓系细胞IL-33分泌介导寄生虫感染

第六十期：透射电镜下的细胞焦亡

冰冻切片（Cryostat sectioning）

先天性免疫系统简介

Science | 巨噬细胞机械感知：组织修复与纤维化的关键调控者

李校堃院士团队创伤精准修复课题组招聘博士后、助理研究员和科研助理

文献精读：具有ROS清除和生物粘附性能的壳聚糖水凝胶，可通过促进血管生成和粘膜修复治疗胃溃疡

青大胡浩、于冰/北化徐福建团队 Biomaterials：负载多聚脱氧核糖核苷酸纳米载体的近红外响应水凝胶用于增强慢性伤口愈合

LG：影响肤色的基因层面解析

李校堃院士团队创伤精准修复课题组招聘博士后、助理研究员和科研助理

文献精读：开发D-A-D-型NIR-Ⅱ光热剂以协同消灭多重耐药细菌并促进糖尿病伤口愈合

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉