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導讀
近日，北京大學化學與分子工程學院、北大-清華生命聯合中心王初研究員課題組在《美國科學院院刊》雜誌上以長文形式發表了題為「Chemoproteomics reveals baicalin activates hepatic CPT1 to ameliorate diet-induced obesity and hepatic steatosis」的研究論文[www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1801745115]，介紹了他們利用定量化學蛋白質組學技術揭示傳統中藥活性分子黃芩苷治療肥胖、脂肪肝及其相關代謝疾病的分子機制。
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圖1 中藥黃芩
相對於現代醫學，傳統中醫藥凝聚著中華民族幾千年的健康養生理念及其實踐經驗，在很多慢性疾病的治療中具有較明顯的優勢。儘管中醫藥的確切療效越來越被國際社會所認同，但在分子層面對其藥效機制的創新研究卻相對薄弱。在中醫藥現代化的大背景下，王初課題組開發了一系列基於生物質譜的化學蛋白質組學技術，以期為中藥藥效機制的深入研究提供新的思路。
現今全球約三分之一成年人體重超標，這部分人群伴隨著較高的肥胖相關的代謝性疾病風險，包括非酒精性脂肪性肝病、2型糖尿病和心血管疾病等。雖然肥胖的病因和發病機制複雜，但是脂質積聚被認為是罪魁禍首。因此，減少脂質積聚可能是改善肥胖症和相關代謝紊亂的有效解決方案。黃芩是一種被廣泛使用的中藥材，現代藥理學發現其具有抗脂、抗炎以及抗癌等活性，特別是其最主要的活性成分黃芩苷被報導可以改善肥胖及其相關的代謝性疾病，然而其作用機制並不清楚。
圖2 基於黃芩苷探針的化學蛋白質組學流程
王初課題組及其合作者針對這一重要科學問題，通過對黃芩苷分子進行化學衍生化從而獲得了與天然黃芩苷具有相似生物活性的光交聯分子探針，並利用定量化學蛋白質組學技術來尋找黃芩苷在細胞內的直接藥效靶點。
圖3黃芩苷可以直接激活CPT1A的活性
他們發現與黃芩苷相互作用的靶標蛋白在脂肪代謝通路中高度富集，尤其線粒體脂肪酸β-氧化的限速酶CPT1A（Carnitine O-palmitoyltransferase 1, liver isoform）引起了他們的格外關注。通過RNA干擾敲低CPTA的表達水準後，細胞喪失了對黃芩苷降脂活性的響應，暗示這個蛋白是黃芩苷作用機制通路中的一個關鍵蛋白。接下來，他們通過定量小分子質譜建立了CPT1A的酶活檢測體系，結果驚奇地發現黃芩苷可以明顯激活CPT1A的活性，從而達到加速脂肪酸降解的過程。
圖4 基於分子對接技術預測的黃芩苷-CPT1A複合物模型
為了進一步確認黃芩苷與CPT1A的直接相互作用，他們利用電腦輔助的分子對接技術預測了黃芩苷-CPT1A複合物的模型，並通過對結合口袋位點的關鍵殘基進行突變進一步確認了黃芩苷的確是CPT1A別構激活劑。
最後，他們在動物水準上證明了黃芩苷不僅有明顯的降脂活性，而且可以有效的減輕高脂飲食引起的肥胖和一系列代謝綜合征的問題，更為關鍵的是這些效應是依賴於黃芩苷與CPT1A的直接相互作用。
圖5黃芩苷通過「打開」CPT1A，讓更多的脂肪進入線粒體燃燒
綜上所述，本工作以威脅人類健康的肥胖及其相關的代謝性疾病為背景，利用先進的定量化學蛋白質組學技術，發現了中藥活性分子黃芩苷降脂作用的直接作用靶點CPT1A，從而精細闡述了中藥活性分子黃芩苷治療肥胖及其相關代謝疾病的分子機制。該工作為深入研究中藥藥效物質基礎提供新的思路，同時也裨益中醫藥走向科學的進程。
王初研究員為本文通訊作者，王初課題組博士後戴建業為本文的第一作者。北京大學肖俊宇研究員、羅佗平研究員、肖瑞平教授、黃岩誼教授、陳曉偉研究員、中國科學院動物研究所王雁玲研究員課題組對本工作的完成提供了巨大的支持和幫助。此項工作得到了科技部、國家自然科學基金委、青年千人計劃、生命科學聯合中心以及北京大學化學與分子工程學院的資助和支持。
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