3i VIVO Intravital活体成像显微镜助力抗血栓药物研究取得新进展

 

华中科技大学基础医学院药理学系方超教授课题组联合药学院姚广民教授课题组连续在抗血栓药物/药理学研究领域取得进展,成果相继在线发表在药理学/药物化学领域顶级期刊《英国药理学杂志British Journal of Pharmacology》以及《美国化学会会刊Journal of the American Chemical Society》。

两篇文章均应用了3i VIVO Intravital活体成像显微镜激光诱导血栓形成并完整成像血栓从形成到消失的全过程。

 

3i VIVO Intravital活体成像显微镜

 

心肌梗死、缺血性卒中以及下肢静脉栓塞等血栓性疾病严重威胁人类健康,是导致我国居民死亡的头号病因。目前临床常用的抗血栓药物以血小板或凝血因子为靶点,通过抑制血小板活化或纤维蛋白生成发挥抗血栓作用。这些传统药物在发挥抗栓作用时伴随不同程度出血等不良反应,开发安全高效的抗血栓药物具有重要意义。方超教授和姚广民教授联合团队采用基于功能和活性的筛选策略,从杜鹃花科药用植物马醉木中分离到多个单体化合物,能够靶向脾酪氨酸激酶(Spleen Tyrosine Kinase,Syk)以及蛋白质二硫键异构酶(Protein Disulfide Isomerase,PDI)等新型的抗栓药物靶点,并阐明了其抗血栓药理学作用和机制。

在前一项研究工作中,联合团队鉴定到马醉木来源的二氢查耳酮类化合物马醉木苷元(Asebogenin)是一种新型的Syk磷酸化抑制剂,发现Asebogenin 对胶原激活的血小板信号通路存在特异性,能显著抑制糖蛋白GPVI介导的血小板聚集、粘附和扩展,能抑制胶原相关肽CRP诱导的血小板活化和胞内钙信号。定量磷酸化蛋白质组学、激酶谱筛选以及微量热涌动MST实验进一步证实了Asebogenin和Syk的直接相互作用及其特异性。体内外实验表明,Asebogenin通过抑制血小板和中性粒细胞Syk Tyr525的磷酸化,减少动脉血栓中血小板聚集和纤维蛋白生成,减少静脉血栓中性粒细胞募集和胞外诱捕网NETs形成,发挥强大的抗动/静脉血栓的作用。该部分研究成果以“Asebogenin suppresses thrombus formation via inhibition of Syk phosphorylation”为题在药理学顶级期刊《英国药理学杂志》(British Journal of Pharmacology 2023, 180, 287307. IF:9.473)上发表。基础医学院博士生李黎和徐旭林副教授为该论文的共同第一作者,方超教授和姚广民教授为论文的共同通讯作者。

 

后一项的研究工作聚焦蛋白质二硫键异构酶PDI这一新型抗栓药物靶点。方超教授课题组长期围绕PDI开展研究工作,近期在《英国药理学杂志》发表综述总结了该课题组以及领域内针对PDI的研究进展,提出了细胞外PDI参与调控血栓形成可能的分子机制(British Journal of Pharmacology 2021,徐旭林副教授第一作者,方超教授通讯作者)。动物实验和临床试验都显示PDI抑制剂能显著减少血栓发生但并不增加出血风险。但是,现有的多种PDI抑制剂如芦丁、异槲皮素等虽然具有一定的抗血栓作用,但存在效率低、特异性差和生物利用度低等缺点。方超教授和姚广民教授联合团队利用LC-MS/MS技术从马醉木中分离鉴定到多种新型二氢查尔酮化合物单体,能高效抑制PDI活性。其中化合物1和2(Piericones A和B)是纳摩尔级别的高效PDI抑制剂,是一类独特的六氢-10H-呋喃[2′′,3′′:3′,4′]呋喃[2′,3′:3,4]呋喃[2,3-c]吡喃-6(6aH)-酮桥联双二氢查尔酮化合物,具有一种前所未有的3,6,10,15-四氧杂四环[7.6.0.04,9.01,12]十五烷骨架,含有9个连续手性中心。分子对接和分子动力学模拟发现化合物1作用于PDI的b′xa′结构域,从而非竞争性抑制PDI活性。进一步的药理学研究发现,化合物1通过靶向胞外PDI在体外抑制血小板聚集和内皮细胞介导的纤维蛋白生成,在体内发挥强大的抗血栓作用,但并不增加出血风险。该部分研究成果以“Piericones A and B as Potent Antithrombotics: Nanomolar Noncompetitive Protein Disulfide Isomerase Inhibitors with an Unexpected Chemical Architecture”为题在药物化学顶级期刊《美国化学会会刊》(Journal of the American Chemical Society 2023,IF: 16.383)在线发表。药学院郑贵娟博士后为该论文的第一作者,姚广民教授和方超教授为该论文的共同通讯作者。

方超教授课题组长期致力于出凝血疾病和抗血栓药物研究,采用激光诱导提睾肌微血管血栓以及多荧光活体成像等前沿实验方法,研究血栓形成的分子机制及相关药物的药理学。姚广民教授课题组长期致力于新型天然产物的分离、纯化以及活性和结构的鉴定。本次合作体现了学科交叉的优势,联合团队的研究工作为开发安全高效、具有优良药理学特性的抗血栓药物提供了多种先导化合物,为基于新型靶点的抗栓药物设计和结构改良提供了重要理论依据,相关研究结果已申报国家发明专利3项。

3i VIVO Intravital成像平台研发的目的主要就是应用于血栓的观察,它的基础是一套包含超大工作样品台的正置荧光显微镜,搭配3i独特的脉冲激光烧蚀组件,能够刺激血管损伤以及诱导血栓形成,并进一步实现血栓形成和消失的整个过程的明场及荧光成像。升级转盘共聚焦扫描头后,系统获得高速光学层切和三维重构能力,并且在分辨率方面也有了质的提升,实现单细胞分辨率的成像,能够进行血管内单个细胞的追踪和成像,从细胞甚至亚细胞水平研究血栓形成和消失的动态过程。

 

文章链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c12963

https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.15964

文章来源:华中科技大学同济基础医学院

 

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