近日，國際化學(xué)生物學(xué)領(lǐng)域權(quán)威刊物——自然（Nature）雜志子刊《自然化學(xué)生物學(xué)》(Nature Chemical Biology) 以“Adenanthin targets peroxiredoxin I and II to induce differentiation of leukemic cells”為題，在線發(fā)表了依托我院建設(shè)的上海高校化學(xué)生物學(xué)E-研究院的研究論文。在該論文中，研究人員在發(fā)現(xiàn)從腺花香茶菜中提取的腺花素（Adenanthin）能夠誘導(dǎo)白血病細胞分化的基礎(chǔ)上，成功地捕獲了它在細胞內(nèi)的靶蛋白——過氧化還原酶（peroxiredoxin） I/II，并依此闡釋了白血病細胞分化的新機理。
據(jù)該論文通訊作者陳國強教授介紹，透過細胞膜的小分子化合物能快速與靶標蛋白結(jié)合，從而抑制或加強靶標蛋白調(diào)控生物途徑或網(wǎng)絡(luò)的能力，影響整個生物體的基因表現(xiàn)型。因此，靶標特異性的小分子化合物已經(jīng)成為研究基因功能和復(fù)雜生物途徑和過程的有效工具。基于這些認識，一門依賴多學(xué)科交叉，尤其是化學(xué)與生物組學(xué)相融合和交叉的新型學(xué)科-化學(xué)生物學(xué)(chemical biology)應(yīng)用而生，并成為推動生命科學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵研究領(lǐng)域之一。其主要目的在于為基因組中的每一個生物大分子(主要是蛋白質(zhì))尋找一類特異性結(jié)合小分子化合物，再用這些化合物為探針研究基因組的功能以及發(fā)現(xiàn)新的藥物作用靶標、途徑和網(wǎng)絡(luò)。2009年，上海市教育委員會批準以上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院細胞分化與凋亡教育部重點實驗室為主要基地，依托上海市和全國高校和研究院所部分從事化學(xué)生物學(xué)研究的骨干力量，成立“上海高校化學(xué)生物學(xué)E-研究院”，試圖利用我國豐富的天然產(chǎn)物資源，開展基于重要細胞生命活動的化學(xué)生物學(xué)研究，并為交叉學(xué)科人才培養(yǎng)和學(xué)科建設(shè)作出重要貢獻。
在上海高校化學(xué)生物學(xué)E-研究院首席研究員陳國強教授的精心指導(dǎo)和有力推動下，來自基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院和上海健康科學(xué)研究所的博士研究生劉傳緒和陰倩倩等，以白血病細胞為體外模型，對中國科學(xué)院昆明植物研究所孫漢董教授課題組提供的500多個天然的對映貝殼杉烷類小分子化合物進行篩選，從中發(fā)現(xiàn)自腺花香茶菜（Rabdosia adenantha）中提取的腺花素能夠誘導(dǎo)白血病細胞發(fā)生形態(tài)和功能學(xué)上的分化。這種分化誘導(dǎo)效應(yīng)不僅發(fā)生在對維甲酸（ATRA）敏感的白血病細胞，同時也在對ATRA耐藥的白血病細胞呈現(xiàn)明顯效果。進一步地，他們利用轉(zhuǎn)基因小鼠產(chǎn)生的對ATRA敏感和耐藥的兩種白血病小鼠開展體內(nèi)研究，發(fā)現(xiàn)腺花素都能夠有效誘導(dǎo)這些小鼠的體內(nèi)白血病細胞發(fā)生分化，并顯著延長小鼠的生存時間。
在取得這些重要發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，E-化學(xué)生物學(xué)研究院成員、上海交通大學(xué)藥學(xué)院周虎臣研究員課題組對腺花素進行分子改造，并在明確其活性基團后，合成生物素標記的腺花素分子。隨后，研究者在蛋白質(zhì)組學(xué)和生物信息學(xué)技術(shù)平臺的支持下，以生物素標記的腺花素為“誘餌”，利用蛋白質(zhì)組學(xué)和生物信息學(xué)技術(shù)，在白血病細胞中“垂釣”腺花素可能結(jié)合的蛋白質(zhì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)腺花素能夠與過氧化還原酶Prx I和 Prx II共價結(jié)合。
Prx家族成員屬于一類具有過氧化氫酶活性的抗氧化酶。人體Prx至少存在6個成員，分別稱為Prx I-VI。Prxs成員存在一個保守的半胱氨酸殘基（cysteine，Cys)。該殘基屬于被過氧化物氧化的位點。因此，被稱作為過氧化半胱氨酸（peroxidatic Cys， CP)。當CP的巰基（Cys-SH）被氧化物氧化為Cys-SOH時, 后者與另一個半胱氨酸殘基（稱為resolving Cys，CR)形成二硫鍵，進而發(fā)揮清除過氧化物的作用。根據(jù)Prx家族成員的半胱氨酸殘基的結(jié)構(gòu)特點，目前將他們分為2-Cys（包括Prx I-IV), 非典型2-Cys (Prx V)和1-Cys Prx (Prx VI)等亞類。越來越多的研究顯示，這些Prx成員的表達水平與許多人體重要疾病如腫瘤、心血管病、糖尿病和神經(jīng)退行性疾病等密切相關(guān)。相應(yīng)地，Prx，尤其是2-Cys Prx蛋白作為治療相關(guān)疾病的藥物靶標的意義日益明確。他們進一步的研究顯示，腺花素并不結(jié)合Prx IV、V和VI蛋白。同時，它與Prx III呈現(xiàn)低親和力結(jié)合，但由于后者屬于線粒體蛋白，而腺花素并不出現(xiàn)在該細胞器。因此，他們重點探討腺花素結(jié)合Prx I和Prx II的潛在意義。非常有趣的是，使用siRNA抑制Prx I或Prx II的表達可以直接誘導(dǎo)白血病細胞分化。隨后的蛋白質(zhì)譜分析和位點突變研究顯示，腺花素特異地共價結(jié)合Prx I和Prx II的CR位點。相應(yīng)地，腺花素也明顯抑制Prx II，尤其是Prx I的酶活性，增加細胞內(nèi)過氧化氫（H2O2）水平。在H2O2清除劑N-乙酰-l-半胱氨酸 （N-acetyl-l-cysteine，NAC)存在下，腺花素的分化誘導(dǎo)效應(yīng)幾乎被完全抑制，提示H2O2在adenanthin誘導(dǎo)分化中的作用。越來越多的證據(jù)顯示， H2O2作為第二信使，廣泛參與細胞信號通路的調(diào)控，參與多種細胞生命活動。他們的進一步研究顯示，增加的H2O2活化胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular signal-regulated protein kinases, ERK1/2)，進而上調(diào)造血細胞分化相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子C/EBP 的表達水平，誘導(dǎo)細胞分化。
該項研究也得到國家自然科學(xué)基金委員會的重大研究計劃《基于化學(xué)小分子探針的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程研究》、國家科技部重大科學(xué)計劃和上海市科學(xué)技術(shù)委員會等的資助。
原文鏈接：http://www.nature.com/nchembio/journal/vaop/ncurrent/full/nchembio.935.html
