基于STSBPT策略探究ZPF及新型类似物靶向COX-2/PPAR-γ缓解LPS诱导的ALI/ARDS作用

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由于多因素疾病的复杂性,单靶点药物并不总是表现出令人满意的治疗效果,而多靶点药理学被认为是发现新药并治疗复杂疾病的一种重要策略。与单靶点药物相比,多靶点药物可同时调节多个靶点进而提高治疗的有效性和安全性。急性肺损伤(ALI)与病情进一步严重的形式急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是一种多系统、多靶点、高死亡率的复杂性疾病,其病理特征包括不受控制的炎症反应、严重的肺水肿及其他肺部损伤的发生,且目前尚无有效的药物针对性的治疗ALI/ARDS。ALI/ARDS在畜禽中主要是会影响畜禽的各种呼吸道疾病,并伴随着炎症的爆发。因此,从源头上控制炎症风暴的发生则成为治疗和控制ALI/ARDS的重要策略。扎托布洛芬(ZPF)是一种选择性COX-2抑制剂具有强大的抗炎效果,在人体内代谢成多种代谢产物,与其他非甾体抗炎药,如吲哚美辛、普拉洛芬相比,ZPF能有效的抑制COX-2且对胃肠道的损伤更小。然而,ZPF是否通过其几种代谢物发挥抗炎作用及其深入机制仍需进一步研究,ZPF和活性代谢产物是否具有多靶点药物的潜能,以及ZPF及其活性代谢物是否可以通过多靶点来抑制炎症反应起到缓解ALI/ARDS的作用仍未被揭示。因此,本研究开发一种名为“靶蛋白类拓扑结构结合特性(STSBPT)”的策略用于预测ZPF和关键活性代谢物的蛋白靶点以及用于基于ZPF和活性代谢物母体结构、多重蛋白靶点的新型类似物的筛选;使用LPS诱导的RAW264.7细胞为炎性细胞模型,在细胞水平探讨ZPF及其活性代谢物在拮抗LPS诱导的RAW264.7细胞炎症中的作用以及调控机制;使用LPS诱导的雄性C57BL/6小鼠的ALI/ARDS模型,在动物水平探究ZPF,活性代谢物和新型类似物在治疗LPS诱导的ALI/ARDS炎症中的潜能,取得了以下结果:1.ZPF和活性代谢产物M2呈现高COX-2抑制活性和低COX-1抑制活性通过化学合成的方法成功合成了ZPF已知的3种代谢产物,M2、M3和M5。应用COX-1和COX-2抑制剂筛选试剂盒,对ZPF及其代谢物的COX酶抑制活性进行分析,结果显示M2比ZPF具有更强的COX-2抑制活性以及相对较弱的COX-1抑制活性,而M3和M5基本不具备COX酶活性。此外,应用SYBYL-X 2.0、Py MOL以及关键氨基酸位点突变试验探究ZPF及其代谢物与COX酶结合的关键氨基酸,从分子对接的对接打分角度发现ZPF和代谢物与COX结合的潜能与COX抑制剂筛选的结果呈现一致性,从对接结果和位点突变试验验证发现Arg120、Tyr355和Ser530是ZPF和M2与COX-2结合的关键氨基酸残基(AAR)。2.基于STSBPT策略预测PPAR-γ是ZPF和M2的另一关键抗炎靶点从受体与配体结合的活性口袋的空间密度、受体与配体结合的关键AAR的空间方向性、以及原型药物与代谢物药理活性的多重角度出发提出STSBPT策略。应用STSBPT策略筛选与COX-2靶点通路有关的抗炎蛋白,预测PPAR-γ可能是ZPF和M2的另一关键抗炎靶点。应用CETSA试验和DARTS试验进一步的验证发现ZPF和M2具有与COX-2和PPAR-γ结合的潜能,说明ZPF和M2具备COX-2和PPAR-γ双靶点的功能。3.ZPF和M2以MAPKs-PPAR-γ/NF-κB途径拮抗炎症反应应用LPS诱导的RAW264.7细胞为炎症细胞模型发现ZPF和M2能够不同程度的抑制LPS诱导的RAW264.7细胞的炎症相关基因和蛋白的表达(如i-NOS、COX-2、PPAR-γ、IL-1β、TNF-α)。应用细胞核和细胞质分离试验和免疫荧光试验,本研究发现ZPF和M2能够抑制NF-κB p65的核转移并激活PPAR-γ的核转移,进而起到抑制LPS诱导RAW264.7细胞炎症反应的作用。应用PPAR-γ的抑制剂GW9662探究PPAR-γ与NF-κB p65的关联性,发现GW9662能够在一定程度上降低ZPF和M2拮抗LPS诱导的RAW264.7细胞的炎症反应,主要体现在GW9662能够一定程度上拮抗PPAR-γ的核转移以及促进NF-κB p65的核转移。应用LPS诱导的RAW264.7细胞为炎症细胞模型发现ZPF和M2能够不同程度的抑制MAPKs三种亚型(ERK1/2、p38 MAPK和JNK)的磷酸化状态。应用MAPKs的信号通路抑制剂,p38抑制剂(SB203580)和ERK1/2的抑制剂(PD98059),发现ZPF及M2抑制LPS诱导的炎症反应的发生具有差异性,具体体现在M2侧重于对p-p38途径的调控作用以及对PPAR-γ的激活作用发挥抗炎作用,而ZPF侧重于对p-ERK途径的调控作用进而发挥抗炎作用。综合分析表明,ZPF及M2均可以通过MAPKs-PPAR-γ/NF-κB参与COX-2和i-NOS的表达,进而拮抗LPS诱导的RAW264.7细胞的炎症反应。4.基于STSBPT策略筛选具备COX-2和PPAR-γ双抗炎靶点潜能的新型类似物从ZPF和M2的母体结构以及化学骈合的原理出发,应用STSBPT策略筛选具备COX-2和PPAR-γ双抗炎靶点潜能的新型类似物,成功筛选了具有COX-2和PPAR-γ双靶点的新型类似物D63、E63、JMC2、JMC5和JMC6。应用CCK-8试验对新型类似物的RAW264.7细胞毒性进行评价,并应用LPS诱导的RAW264.7细胞为炎症细胞模型发现新型类似物具有抑制COX-2蛋白表达以及促进PPAR-γ蛋白表达的潜能,且比ZPF和M2对COX-2和PPAR-γ的作用效果强。5.ZPF、M2及新型类似物具备缓解LPS诱导的雄性C57BL/6小鼠ALI/ARDS的炎症损伤作用以LPS诱导雄性C57BL/6小鼠ALI/ARDS的炎症损伤为动物模型探究ZPF、M2及新型类似物对LPS诱导的ALI/ARDS的炎症损伤的治疗作用。结果显示LPS能够显著的诱导小鼠肺组织出现肺水肿,而ZPF、M2和新型类似物均能不同程度的降低LPS诱导的肺水肿的发生。组织病理学观察和免疫组织化学分析发现ZPF、M2和新型类似物均能不同程度的降低LPS所致的肺组织的炎性损伤,并且ZPF、M2和新型类似物均可通过COX-2和PPAR-γ依赖的方式缓解LPS诱导的雄性C57BL/6小鼠ALI/ARDS的炎症损伤作用。本研究致力于从STSBPT策略的可行性和COX-2和PPAR-γ双靶点的角度,挖掘ZPF、活性代谢物M2和新型类似物的多重抗炎靶点、抗炎作用机制以及治疗ALI/ARDS的潜能,旨在实现“一种药物、多种靶点、一种疾病”的策略,为畜牧行业中的多系统性炎症反应性疾病,尤其是ALI/ARDS的预防和治疗提供理论依据。
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