《科学》:难以置信!美国三所高校联合发现神奇小分子,开启疾病治疗新方向

医疗健康 来源:奇点网(微信号 geekheal_com) 作者:朱爽爽 BioTalker
2017
05/15
11:22
奇点网(微信号 geekheal_com)
作者:朱爽爽 BioTalker
医疗健康

80、90那一代,很多人都是喝着哈药集团的各种补充钙、铁、锌的口服液长大的。这些金属元素对人体的重要性想必不需要我们再强调。

然而,这些金属离子到底是如何被人体吸收的,恐怕大部分人都不知道。实际上,在人体内的细胞上有专门供各种离子进入的通道。所以小朋友喝那些口服液是有一定作用的。


离子通过细胞膜上的离子通道进入细胞

但是,对于有一部分人而言,他们体内细胞留给各种离子进出细胞的「那扇门」被上帝关掉了。于是,贫血、囊性纤维化和心律失常,以及神经系统、骨骼肌、内分泌和肾脏疾病随之而来。这部分人无论怎么补,都收效甚微。更揪心的是,这个原因导致的疾病很多都是无法治愈的(1)。运输金属离子的通道关闭,是其中的一部分。

来自美国伊利诺伊大学香槟分校、哈佛大学和东北大学的联合研究团队,成功地给那些患者打开了「一扇窗」。他们发现日本科学家之前从宝岛台湾扁柏(Chamaecyparis taiwanensis)中提取的一种叫做扁柏酚(Hinokitiol)的小分子物质,可以把细胞外的金属离子运送到细胞内。这种小分子可以帮助相关铁离子转运蛋白缺失的人体细胞或动物模型维持正常的铁离子转运。这一小分子物质有望被用于多种由于细胞表面蛋白质缺失造成的疾病。这一成果发表在本周五的《科学》杂志上(2)。文章的第一作者是伊利诺伊大学的Anthony Grillo,他的导师是Martin Burke教授。

「如果一个人生病是由于蛋白质功能过盛,在许多情况下我们可以进行治疗,」Burke教授所说。「但是如果一个人生病是因为某些具有重要功能的蛋白质的缺失,那么我们很难有效应对,只能缓解症状,因此扁柏酚这类蛋白替代物具有广阔的前景(3)。」在Burke教授看来扁柏酚很可能会帮助到许多相关病人。那么Burke教授的团队是如何找到如此神奇的离子转运蛋白替代物呢?

Burke教授长期致力于寻找恢复蛋白质缺失所造成的功能障碍的方法。在研究铁离子转运障碍的时候。Burke教授设计了一个巧妙的功能互补实验。实际上想法并不复杂。如果给那些「门」被关上的细胞的培养液里加一种物质,这些细胞就可以茁壮生长了,就说明是找到想要的物质了。否则,就是没有找到。

于是,Burke教授团队拿来了由一个细胞组成的酵母菌做实验,然后把酵母菌细胞上放铁离子进去的「门」统统关掉。为了提高实验效率,Burke教授团队利用之前建立的方法,分析他们自己的分子库里,是不是有哪些物质可以与铁离子结合。然后他们再逐一把这些物质加入到酵母菌的培养液里。最终他们发现从台湾扁柏中提取的扁柏酚可以显著促进酵母菌的生长。

既然扁柏酚能从众多候选物质中脱颖而出,它肯定是有自己的特点。研究人员又利用X射线给扁柏酚铁离子复合物照了个相。他们发现,作为一种金属螯合剂,三个扁柏酚分子会将一个铁离子包起来,形成一种「三个臭皮匠围着诸葛亮」的稳定结构。这一围不要紧,由于扁柏酚跟细胞膜关系特别好,细胞膜见到扁柏酚就会放行,这样根本就不需要通过「那扇门」,铁离子就可以在三个扁柏酚的掩护下,穿墙而过。

这个发现确实是厉害了。我们一直说蛋白质是生命活动的体现,蛋白质意外挂了,一般很难挽救,这也是为什么抑癌蛋白P53失活突变让科学家很棘手的原因,这也是为什么基因治疗备受期待的原因。蛋白质坏了,真的很难换。这三所大学联合研究团队居然发现了可以替代蛋白质功能的小分子,确实厉害。而他们自己也把这个物质比作「分子义肢」。

事情到这儿还没完,毕竟单细胞酵母菌和动物相比实在是过于低级,虽然它们会发馒头。于是研究团队就在模式哺乳动物肠道模型中展开了类似的研究。证实,扁柏酚可以恢复细胞对铁离子的吸收。

现在还有个问题是,扁柏酚会不会不停的把细胞外的铁运到细胞内。由于正常的细胞都是有自身调节功能的,最后能做到细胞内和细胞外的铁离子平衡。但是扁柏酚是外来的和尚,它懂这个规矩么,它会不会把整个细胞塞满铁?

后来研究人员在动物模型中发现,扁柏酚确实挺懂规矩的。如果细胞内铁离子少了,它们就往里搬;一旦够了,就不搬了。而且,如果细胞内铁离子太多了,它们还会往外搬。也就是说,扁柏酚搬运铁离子完全是根据铁离子浓度梯度来的。这就很神奇了。为什么这样呢?不知道。我们权当上帝在关上一扇门的同时会打开一扇窗吧。

杜克大学医学院院长Nancy Andrews在接受《科学》杂志采访时,给予这项研究超高的评价,他说,「这事儿搁在以前我是很难相信的,现在看起来,你想让它干嘛,它就干嘛。」当然,Andrews也坦言,扁柏酚要进入人体实验阶段还是有很长的路要走,我们要尽量减少它给人体带来的副作用。

Burke教授团队也考虑到这个问题,他们在相应蛋白功能缺失的小鼠模型中做了毒性研究。用口服灌胃的方式给予模式小鼠单剂量的铁以及1.5mg/kg的扁柏酚。高剂量扁柏酚在小鼠实验中慢性口服两年无毒性反应。与未给予扁柏酚的小鼠或大鼠相比,给药组的铁离子吸收增加了两倍。此外,他们还在斑马鱼模型中证明,扁柏酚可以让转运蛋白有缺陷的斑马鱼生产有功能的血红蛋白(4)。看来扁柏酚确实起了作用。

全球目前有大量的因蛋白质缺失导致疾病的患者没有合适的治疗方案,只能通过缓解症状来改善患者的生存质量。这次研究人员发现的小分子物质扁柏酚既可以转运铁离子进入细胞也可以将铁离子运出细胞,还能促进铁离子的吸收以及血红蛋白的形成。

这些发现表明小分子化合物扁柏酚可以替代机体的一些转运蛋白发挥离子转运作用,有望用于某些先天性或基因突变导致的蛋白缺失相关疾病的治疗。而下一步Burke教授团队准备测试更多小分子物质,以求发现更多的可以替代机体蛋白质功能的小分子物质。如果Burke教授团队团队可以找到更多这样的小分子,必将为疾病治疗打开一个新方向。

参考资料

1.Hentze M W, Muckenthaler M U, Galy B, et al. Two to tango: regulation of Mammalian iron metabolism[J]. Cell, 2010, 142(1): 24-38.

2.http://www.sciencemag.org/news/2017/05/iron-man-molecule-restores-balance-cells

3.https://news.illinois.edu/blog/view/6367/499712

4.Grillo AS, SantaMaria AM, Kafina MD, Cioffi AG, Huston NC, et al. 2017. Restored iron transport by a small molecule promotes absorption and hemoglobinization in animals. Science 356:608-16

来源:奇点网(微信号 geekheal_com)   作者:朱爽爽 BioTalker

为你推荐

复星医药关于收购绿谷医药回复上交所监管工作函的详细内容资讯

复星医药关于收购绿谷医药回复上交所监管工作函的详细内容

近日,复星医药收到上海证券交易所下发的《关于上海复星医药(集团)股份有限公司对外投资事项的监管工作函》(上证公函[2025]4038 号),经本公司核查,就有关情况回复如下。

2025-12-23 11:16

ST诺泰及相关高管因造假被处罚7620万元资讯

ST诺泰及相关高管因造假被处罚7620万元

近日,ST诺泰(江苏诺泰澳赛诺生物制药股份有限公司)发布公告收到中国证券监督管理委员会下发的《行政处罚决定书》。

2025-12-22 22:52

葛兰素史克新可来获批第四项适应症资讯

葛兰素史克新可来获批第四项适应症

今日,葛兰素史克中国宣布,中国国家药品监督管理局已批准新可来(美泊利珠单抗注射液)用于未充分控制的以血嗜酸性粒细胞升高为特征的慢性阻塞性肺疾病(COPD)成人患者的维持...

2025-12-22 21:11

中国首个且目前唯一!长期体重管理药物诺和盈获批心血管适应症资讯

中国首个且目前唯一!长期体重管理药物诺和盈获批心血管适应症

12月22日,司美格鲁肽注射液(商品名:诺和盈®)的心血管适应症上市申请获得中国国家药品监督管理局(NMPA)批准,适用于降低已确诊为心血

2025-12-22 18:48

重磅1类创新药“跑步”进入中国,罕见病治疗药物贝捷迈在华获批资讯

重磅1类创新药“跑步”进入中国,罕见病治疗药物贝捷迈在华获批

用于手术切除可能会导致功能受限或出现较严重并发症的症状性腱鞘巨细胞瘤(TGCT)成年患者

2025-12-22 18:43

加科思与阿斯利康就泛KRAS抑制剂JAB-23E73达成全球独家许可协议,里程碑付款最高可达20.15亿美元资讯

加科思与阿斯利康就泛KRAS抑制剂JAB-23E73达成全球独家许可协议,里程碑付款最高可达20.15亿美元

12月21日晚间,加科思-B(01167)发布公告称,与阿斯利康就泛KRAS抑制剂JAB-23E73订立许可及合作协议。

2025-12-22 16:07

上海暂停部分药品采购资格资讯

上海暂停部分药品采购资格

近日,上海市医药集中招标采购事务管理所发布通知,暂停圣嘉(滨海)生物医药科技有限公司普拉洛芬滴眼液采购资格。

2025-12-20 10:58

国家药监局进一步明确《Q12:药品生命周期管理的技术和监管考虑》国际人用药品注册技术协调会指导原则的适用问题资讯

国家药监局进一步明确《Q12:药品生命周期管理的技术和监管考虑》国际人用药品注册技术协调会指导原则的适用问题

对于ICH Q12中提供的监管工具批准后药学变更管理方案(PACMP),国家药监局药品审评中心已发布《化学药品批准后药学变更管理方案技术指导原则(试行)》,并将根据国际上执行IC...

2025-12-20 10:46

特朗普宣布与安进、BMS等九家跨国药企达成协议,药价大幅降低资讯

特朗普宣布与安进、BMS等九家跨国药企达成协议,药价大幅降低

据当地时间周五美国白宫发布的消息,美国总统特朗普宣布与九家制药公司达成协议,这是一系列相关协议中的最新一批,这些协议旨在以降低部分美国人的药品价格来换取三年关税宽限期。

2025-12-20 10:29

赛诺菲亮相首届进博优品交易会资讯

赛诺菲亮相首届进博优品交易会

“进博效应”持续释放,“进博好物”加速可及

2025-12-19 21:27

备思复联合帕博利珠单抗显著改善肌层浸润性膀胱癌患者的生存期,无论患者能否耐受顺铂资讯

备思复联合帕博利珠单抗显著改善肌层浸润性膀胱癌患者的生存期,无论患者能否耐受顺铂

思复联合帕博利珠单抗成为首个且目前唯一不含铂类化疗的治疗方案,在顺铂耐受肌层浸润性膀胱癌患者膀胱切除术前后使用中,可改善无事件生存期和总生存期

2025-12-19 15:37

全球地缘政治冲突正带来企业海外业务发展的更多不确定性资讯

全球地缘政治冲突正带来企业海外业务发展的更多不确定性

今年是国际SOS成立40周年,近日,其发布了《2026年度全球风险展望》,这也是其连续10年发布该相关报告。

2025-12-19 13:05

海南首家外商独资医院落地资讯

海南首家外商独资医院落地

12月17日,海南首家外商独资医院博鳌富隆医院揭牌仪式在海口举行。

2025-12-18 21:59

我国60岁以上听损老人逾2000万资讯

我国60岁以上听损老人逾2000万

60岁及以上老年人群的听力损失患病率在各个年龄段当中居于首位,高达11 04%,据此推算,我国患听力损失的60岁以上老年人至少2000万人。约1 3的65岁以上老年人伴有听力残疾,约...

2025-12-18 21:44

领泰生物完成超 2 亿元 B 轮融资,加速靶向蛋白降解药物临床突破资讯

领泰生物完成超 2 亿元 B 轮融资,加速靶向蛋白降解药物临床突破

汉康资本领投,鼎晖 VGC、时真资本、康橙投资等知名机构联合参投,老股东龙磐投资持续追加投资

2025-12-18 16:37

中国低卫生资源地区宫颈癌综合防控项目在内蒙古敖汉旗落地,筑牢抵御宫颈癌的防线资讯

中国低卫生资源地区宫颈癌综合防控项目在内蒙古敖汉旗落地,筑牢抵御宫颈癌的防线

由中国癌症基金会发起、默沙东(默沙东是美国新泽西州 肯尼沃斯市默克公司的公司商号)支持的中国低卫生资源地区宫颈癌综合防控项目于内蒙古自治区赤峰市敖汉旗正式落地

2025-12-18 16:23

安斯泰来将在2026年ASCO胃肠道癌症研讨会(ASCO GI)上公布其胃肠道肿瘤产品管线的最新临床数据资讯

安斯泰来将在2026年ASCO胃肠道癌症研讨会(ASCO GI)上公布其胃肠道肿瘤产品管线的最新临床数据

2期ILUSTRO研究评估佐妥昔单抗三药联合方案用于一线晚期胃癌和胃食管结合部(G GEJ)癌的队列结果入选最新突破性口头报告

2025-12-18 12:53

远大医药自研创新FAP核药美国临床获批,打造中国核药出海新范式资讯

远大医药自研创新FAP核药美国临床获批,打造中国核药出海新范式

用于诊断实体瘤的I II期临床研究。

2025-12-17 21:23

加强基层医疗卫生机构儿科、妇科、康复医学科、精神(心理)科、五官(口腔)科等特色科室建设资讯

加强基层医疗卫生机构儿科、妇科、康复医学科、精神(心理)科、五官(口腔)科等特色科室建设

在加强基层医疗卫生机构全科医疗科、中医科、预防保健科等业务及医技科室建设的基础上,综合考虑辖区居民健康需求、人口老龄化、区域医疗卫生资源布局等因素,重点加强若干临床...

2025-12-17 20:03