Nat Commun：重庆医科大学党永军团队揭示仙人掌活性成分靶向吡哆醛激酶诱导体温降低

分类：科学前沿发布时间：2024-12-19 13:04:01

2023年9月26日，重庆医科大学新靶标与化学干预研究中心党永军研究员联合国内多家研究团队在Nat Commun（IF=16.6）发表文章，揭示蝴蝶亚仙人掌的主要活性成分P57通过靶向抑制吡哆醛激酶（PDXK，维生素B6的关键代谢酶）活性，催化吡哆醛（PL）磷酸化，导致PL在下丘脑积聚，导致体温过低。

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P57是一种氧孕烷甾体糖苷，是从一种生长在南非沙哈拉沙漠的仙人掌品种蝴蝶亚仙人掌（Hoodia gordonii）中分离出来的一种天然产物，是抑制食欲的主要活性成分，但其作用机制并不清楚。

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01 P57诱导小鼠体温过低和代谢减退

通过腹腔注射P57（图1A）后，身体核心温度降低约2至5℃，持续2至5小时（图1B）。O2消耗、CO2产生、呼吸交换比和能量消耗均显著降低，并在大约7小时后恢复到基线水平（图1C）。这些结果表明P57以可逆的方式引起食欲减退、体温过低和代谢低下状态。有研究报道低温对缺血性疾病具有神经保护作用，研究人员发现P57可诱导啮齿类动物体温过低，并对大脑缺血性损伤具有保护作用（图1D）。

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图1 P57诱导小鼠体温过低和代谢减退

02 P57与PDXK结合并抑制其激酶活性

有研究表明静脉注射后P57迅速扩散至大脑。为了探索P57的作用机制，研究人员采用P57的生物素化探针（Bio-P57）（图2A）通过小鼠脑组织裂解物的pulldown+MS鉴定了其结合蛋白。在已鉴定的蛋白质中，Bio-P57显著富集PDXK（吡哆醛激酶）、GSTP1、Neuromodulin。进一步竞争实验表明GSTP1和PDXK，但不是Neuromodulin为P57靶点（图2B）。因为小鼠接受GSTP1抑制剂或激动剂以及GSTP1的底物治疗时，体温并无变化，因此GSTP1被排除为P57的潜在生理靶标。进一步通过Pulldown（图2C）、MST（图2D）、SPR（图2E）证实了P57可与PDXK的结合。接着通过酶活实验发现P57以剂量依赖性方式抑制PDXK酶活性（图2F），通过分子对接发现P57通过与活性位点的Thr47、Gly232和Asp235残基的氢键相互作用而稳定（图2G），D235突变可在一定程度上降低结合稳定性，并部分降低抑制活性。总之，这些结果表明 PDXK是P57的靶标，并且其激酶活性被P57抑制。

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图2 P57与PDXK结合并抑制其激酶活性

03 P57靶向下丘脑的PDXK诱导体温降低

为了确定P57引起的体温过低是否是通过体内PDXK抑制介导的，研究发现P57腹腔注射后下丘脑中 PL水平显著升高，全脑或纹状体组织中没有明显变化，这表明下丘脑是P57诱导的低温的效应器区域（图3A）。将P57局部注射到下丘脑的下丘脑视前区（POA）中，观察到以剂量依赖的方式快速诱导更深的低温，而其他位置不会导致体温过低（图3B）。此外，下丘脑PDXK敲除小鼠的核心温度低于对照动物（图3C）。这些结果表明 PDXK 被验证为 P57 调节小鼠核心温度的靶标。由于P57诱导的 PDXK 抑制会显著增加下丘脑的PL水平，腹腔注射PL后引起小鼠体温过低（图3D）。这些结果证实P57抑制 PDXK 的酶活性，通过特异性增加下丘脑PL水平来诱导体温过低。

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图3 P57靶向下丘脑的PDXK诱导体温降低

总之，研究发现天然产物P57通过靶向吡哆醛激酶（PDXK）来诱导低温，PDXK是维生素B6的关键代谢酶，催化吡哆醛（PL）的磷酸化，导致PL在下丘脑的积累，并且对下丘脑具有很好的神经保护作用。在缺血性中风模型中，直接将化合物注射到POA中可以导致类似的低温效果。

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图4 天然产物P57作用机制模式图

总结与讨论

很多天然产物已经被报道都多种多样的作用，但其发挥疗效的靶点和机制尚不清楚，影响其进一步合理的研发及临床应用。该研究基于已有的一些报道，即蝴蝶亚仙人掌的活性天然产物P57具有抑制食欲的特性，开展深入的靶点和机制研究，揭示了P57通过靶向吡哆醛激酶（PDXK）来诱导低温，对P57的作用机理进行了深入的阐释，是天然产物研究的经典案例之一。文章的一个要点在于阐明了P57的的直接蛋白靶点，为其他中药小分子化合物蛋白靶点及其分子机制研究提供一定的借鉴意义。

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