天然小分子化合物NAB01-10阻断视神经脊髓炎NMO-IgG与AQP4结合及神经保护作用的分子机制研究

Neuromyelitis Optica (NMO), a severe central nervous system demyelinating autoimmune disease, mainly involves optic nerve and myelin. There is no effective treatment currently. One of the major pathological mechanisms lies in the appearance of binding of AQP4, an aquaporin on the myelin astrocyte membrane, and its autoantibody NMO-IgG in the serum and cerebrospinal fluid. Such binding would trigger cytotoxicity and the infiltration of microglia and neutrophils, resulting in neuronal inflammatory injury and clinical symptoms of NMO. Therefore, blocking the binding between NMO-IgG and AQP4 could be a promising effective therapeutic strategy for NMO. The applicant of this grant has screened a self-established small molecule fraction library from Chinese herbs and identified 10 active compounds NAB01-10. In this project, we will investigate the mechanisms and the molecular pharmacological characteristics of NAB01-10 utilizing microscopy imaging and molecular biological methods in vitro and in vivo. We will also examine the combination of the novel small molecular NMO-IgG-AQP4 binding blockers and the currently approved NMO drugs using in vivo experiments. Our study will have important value for the development of new therapeutics on treating NMO and providing guidance on the clinical management of NMO.

视神经脊髓炎（NMO）是一种选择性的累及视神经和脊髓的中枢神经系统炎性脱髓鞘自身免疫性疾病，临床上以视神经和脊髓同时或相继受累为主要特征，目前尚无有效的治疗方法。其主要发病环节是在血清和脑脊液中出现了针对星形胶质细胞膜上的水通道蛋白AQP4的自身抗体NMO-IgG，NMO-IgG与AQP4结合后触发一系列炎症反应进而导致神经损伤而发病，因此选择性阻断NMO-IgG与AQP4结合可能成为治疗视神经脊髓炎的有效方法。申请人通过高通量筛选所在课题组自行建立的中药小分子样品库，获得了10个可以阻断NMO-IgG和AQP4结合的天然小分子活性单体化合物NAB01-10。本项目拟在前期工作基础上，应用显微成像和分子生物学等手段，利用NMO体内外模型对其作用机制和分子药理学特征进行系统研究，同时评估小分子化合物与治疗NMO临床药物联合应用的效果，为治疗NMO的新药开发及指导NMO临床用药提供理论依据。

视神经脊髓炎（NMO）是一种选择性的累及视神经和脊髓的中枢神经系统炎性脱髓鞘自身免疫性疾病，临床上以视神经和脊髓同时或相继受累为主要特征，目前尚无有效的治疗方法。其主要发病环节是在血清和脑脊液中出现了针对星形胶质细胞膜上的水通道蛋白AQP4的自身抗体NMO-IgG，NMO-IgG与AQP4结合后触发一系列炎症反应进而导致神经损伤而发病，因此选择性阻断NMO-IgG与AQP4结合可能成为治疗视神经脊髓炎的有效方法。本项目通过高通量筛选所在课题组自行建立的中药小分子样品库，获得了10个可以阻断NMO-IgG和AQP4结合的天然小分子活性单体化合物NAB01-10。应用细胞生物学和分子生物学等手段，利用NMO体内外模型对其作用机制和分子药理学特征进行系统研究，发现：1. geraldol (NAB-01)、melanthioiadine(NAB-02)和neosutchuenenine (NAB-04)的阻断AQP4 和NMO-IgG的结合的效果较好，阻断率为50%时的小分子浓度分别为30.0uM， 12.2 uM和 21.3um；2. geraldol 、melanthioiadine和neosutchuenenine作用机制可能是直接阻断星型胶质细胞表面抗原 AQP4 和NMO-IgG的结合，并未影响AQP4的表达量和水渗透功能，同时也不影响星型胶质细胞的生长；3. NMO体内动物实验表明，以富含geraldol 、melanthioiadine和neosutchuenenine的中草药欧芹(Petroselinum crispum) 、黄连(Coptis chinensis Franch)和 北豆根(Rhizoma Menispermi)及其他中药组成的复方制剂可以缓解神经功能缺损的症状，其机制可能是通过调控外周血中炎性细胞因子的表达、神经调节及促进神经功能的修复再生，减轻炎性细胞在中枢神经系统浸润及组织病理严重程度以发挥作用，主要涉及的信号通路有PI3K-Akt信号通路和Jak-STAT信号通路；4. geraldol 、melanthioiadine和neosutchuenenine可以显著提高目前NMO治疗常用临床药物——糖皮质激素治疗NMO的疗效。本项目的实施为治疗NMO的新药开发及指导NMO临床用药提供了理论依据。