天然小分子化合物乙酰基-11-羰基-β-乳香酸（AKBA）及修饰物在治疗银屑病中的蛋白靶点和构效机制

The treatment of psoriasis is a major problem that troubles the field of skin disease therapy. The market of psoriasis medicine is huge for that there are so many patients and so few effective therapies as well as the medical need is always lifelong. During the study of pathogenesis and treatment of psoriasis, the applicant’s previous research achievements have been accepted and published as the first author by The Journal of Immunology on 2nd Mar, 2015. On this basis, we find that acetyl-11-carbonyl-β-boswellic acid (AKBA), a small molecule compound extracted from natural plant lactic acid, has the function of improving murine psoriasis phenotype by depressing NF-κB pathway and inhibiting the differentiation of Th0 to Th17. The project intends to use biotinylated AKBA and its modifications which were modified by our group to fish their direct targeting proteins using pull down strategy. By this means, we can elucidate the molecular mechanism and signal pathway of AKBA and its modifications in alleviating murine psoriasis phenotype. The project will then clear the structure-activity relationships between these small molecule compounds and protein targets by resolving the crystal structure of target protein and the structure changes of proteins after small molecules binding through proteomics and structural biology techniques, which will clarify the mechanism that chemical modification improved the biological activity of AKBA. This knowledge will promote the clinical transformation of these small molecule compounds.

银屑病的治疗是困扰世界皮肤病领域的一大难题，患者数量多且需终生服药，加之临床急需有效的药物，因此市场潜力巨大。在对银屑病发病机理和治疗方法的研究中，申请人前期研究成果已以第一作者身份被《Journal of Immunology》于2015年3月2日接收发表。在此基础上，我们发现从天然植物乳香中提取的小分子化合物乙酰基-11-羰基-β-乳香酸（AKBA）具有通过抑制NF-κB通路缓解小鼠类银屑病表型，以及在体外抑制Th0向Th17分化的功能。本项目拟通过使用biotin标记的AKBA和其修饰物，采取pull down的方法钓取其直接作用靶蛋白，并以此为出发点阐明AKBA和其修饰物缓解小鼠类银屑病炎症表型的分子机制和信号通路。并通过结构生物学和X射线晶体技术解析靶蛋白晶体结构以及结合小分子化合物后蛋白结构变化，明晰构效关系，阐明化学修饰提高AKBA生物学活性的机理，推动此类小分子的临床转化。

银屑病（Psoriasis）是一种有遗传背景、与免疫反应异常有关的、常见的慢性炎症性皮肤疾病，由于病程反复、难于根治而成为科研界和医药界的研究热点。目前临床上使用的疗效较好的激素或含激素类药物以及生物制剂都各有其缺点，小分子药物在开发以及生产成本、长期使用的安全性等方面具有优势，并且通过对小分子作用靶点和作用机制的鉴定，可以揭示银屑病发病新的机理以及干预靶点和通路。乳香是古代中国、古代阿拉伯和古代印度沿用至今的天然药材，具有抗炎、抑菌、抑制感染等多种功能，其中的主要活性成分acetyl-11-keto-β-boswellic acid（AKBA）已被不同课题组报道证实具有抑制小鼠银屑病模型炎症表型的作用，但是其直接作用靶点还有待进一步挖掘。本研究通过对AKBA进行biotin标记，经过亲和纯化钓取小分子直接作用蛋白分子，通过质谱鉴定蛋白名称，通过免疫印迹和分子互作亲和力检测确认二者直接相互作用，验证出AKBA的主要直接作用蛋白为甲硫氨酸腺苷转移酶IIα（Methionine Adenosyltransferase 2A，MAT2A）。并在生化水平和细胞水平都证实AKBA抑制MAT2A的酶活性，降低MAT2A催化反应的产物S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine，SAM）。通过影响MAT2A的酶活性和SAM的生成，AKBA可以影响单碳循环中的甲硫氨酸循环。SAM同时也是生物体中重要的甲基供体，其合成水平直接影响DNA和组蛋白的甲基化，研究结果显示AKBA主要降低组蛋白3赖氨酸27的三甲基化（H3K27me3）程度，ChIP-Seq和RNA-Seq结果显示AKBA通过影响该修饰调控多个炎症、细胞分化和增殖相关基因。通过对银屑病患者的皮肤的表皮做代谢组学分析，本项目首次阐明银屑病病人表皮中单碳循环异常，提示单碳循环或MAT2A蛋白有可能成为干预银屑病的新靶点和新机制。这部分工作已被EBioMedicine（IF：6.183）接收。