钩藤生物碱调控α-突触核蛋白依赖的自噬-溶酶体途径治疗帕金森病的作用机制和构效关系研究

With the guidance of Integrity and Cooperativity, researches on mechanism and structure activity relationship of Chinese herb based on molecular signaling network is the recent hotspot. The new results from our group and other researchers suggest that the alkaloids from Uncaria rhynchophylla are supposed to regulate α-synuclein-dependent autophagy-lysosome pathway for treating Parkinson’s disease (PD). But the interference mechanism of multitarget networks have not been reported. Uncaria rhynchophylla, with curative effects on PD is intended to be thoroughly studied with the modern scientific thoeries of bioinformatics, network pharmacology and molecular biology, as well as the means of reverse molecular docking, docking and molecular dynamics simulation. The theoretical molecular targets will be verified and supplemented, which may disclose the scientific content of multitarget of TCM. Besides, reasonable and multilevel modes will be build on the enantiomerically pure compositions, that indeed exist in Uncaria rhynchophylla herb. The relationship between structural features (including scaffolds, substituents and configuration) and actitity against PD will be deeply discribed.

在中医药“整体性与协同性”理论指导下，从分子信号网络水平上研究中药多靶点多成分的机制和构效关系是目前中药药效物质研究的热点。最新国内外研究和本课题组前期探索发现——钩藤生物碱成分可调控α-突触核蛋白依赖的自噬-溶酶体途径，降解积聚蛋白发挥其治疗PD的功效。但其系统的药靶关系还未见报道。故本项目以治疗PD确有疗效的中药钩藤为对象，一方面借助生物信息学、网络药理学、分子生物学的研究方法，融合反向找靶、分子对接、分子动力学模拟等技术，对前期理论水平的药靶关系进行验证和完善，揭示其多靶点作用的科学内涵。另一方面，基于钩藤生物碱多数成分之间互为光学异构体的重要特征，首次将光学纯度的训练测试集应用到中药药效物质的构效关系研究中，构建钩藤生物碱的活性与药效结构的多层次（母核/官能团/立体构型等）量化规律模型，并用于虚拟筛选，进而通过骨架跃迁指导创新药物设计。

本课题通过网络药理学及生物信息学等手段在自噬-溶酶体路径上梳理了钩藤生物碱治疗PD的关键作用位点，同时通过反向分子对接、分子动力学研究在理论水平上筛选和验证了候选靶标，建立了适合蛋白质等复杂体系的全局构象动态计算模拟方法，经汇聚分析得到了药-靶网络模型。研究发现：钩藤在自噬-溶酶体路径上的机制主要包括：直接调控Atg 相关的信号通路、mTOR 依赖的信号通路以及MAPK 信号通路，从而激活自噬；间接通过抑制凋亡相关的信号通路，从而增强自噬效应。网络的合理性和完整性，通过分子、细胞、动物药效学实验在多层次上验证。同时，课题组通过钩藤生物碱成分的系统分离与鉴定；制备多样性的钩藤生物碱类似成分小型化合物库；构建钩藤药效物质的药效团模型、定量构效关系模型，在多水平上阐释结构差异与药效差异的量化关系，并指导基于骨架跃迁的药物初步设计。通过本项目开展，作为通讯作者发表基金号标注的SCI收录的研究论文31篇，影响因子>5的论文共17篇；第一作者国际学术会议论文1篇（256届美国化学年会，SCI收录论文摘要）；申请专利2项；培养硕士研究生8人，联合培养博士研究生4人；“基于构效关系的中药活性物质发现及其开发应用”2019年获得四川省科技进步一等奖（排名第一）。完成了预期的研究目标。