Virtuel molekylær docking-screening af JAK3-specifikke inhibitorer baseret på TCMSP-databasen
Janus-kinaser (JAK) tilhører den intracellulære tyrosinkinasefamilie, som består af fire medlemmer: JAK1, JAK2, JAK3 og TYK2. De spiller en central rolle i signalprocessen for mange cytokinreceptorer. Ved at aktivere downstream-målgener gennem signaltransducere og transkriptionsaktivatorer (STAT'er) udøver de deres regulerende effekt på cellulære biologiske funktioner. JAK-STAT-signalvejen er involveret i vigtige biologiske processer som f.eks. celleproliferation, differentiering, apoptose og immunregulering. Unormal aktivering af JAK-STAT-signalvejen kan fremskynde spredningsprocessen af kræftceller, såsom akut promyelocytisk leukæmi, hvis cellelinje HT93A inducerer differentiering og aktiverer JAK-STAT, hvilket fører til accelereret spredning. JAK-STAT-kanalen aktiveres også af NADPH-oxidase, som reducerer ekspressionsniveauet for lever X-receptor, i høj grad påvirker ekspressionen af ATP-adenosintrifosfatbindingskassette (AB-CA1), hæmmer kolesteroludskillelsen af THP-1-skumceller og fører til patogenesen af åreforkalkning. På nuværende tidspunkt er forskning inden for medicin hovedsageligt fokuseret på kræft, inflammation og hjerte-kar-sygdomme, hvoraf inflammatoriske sygdomme hovedsageligt omfatter ulcerøs colitis, reumatoid arthritis og Crohns sygdom.
Som et vigtigt protein i menneskekroppen har JAK-proteinet mange små molekylehæmmere, der er designet til at ramme det. De fleste af dem befinder sig dog på forskellige stadier af den kliniske forskning på grund af lav oral biotilgængelighed og dårlig selektivitet. Indtil videre er kun to JAK-hæmmere blevet godkendt til markedsføring af de regulerende myndigheder. Tofacitinib er en ny JAK1/3-hæmmer, der er udviklet af Pfizer Inc. i USA. Den blev godkendt til markedsføring af den amerikanske FDA den 6. november 2021 og senere af den japanske PMDA den 25. marts 2013. Tofacitinib, som er en førstegenerations JAK-hæmmer, blokerer cytokinsignaltransduktion ved at hæmme downstream-signaler fra cytoplasmatiske receptorer og derved forstyrre JAK-STAT-signalvejen og påvirke DNA-transkriptionen. Det har spillet en vigtig rolle i antiproliferation og antiinflammatoriske effekter. Selvom lægemidlet er blevet brugt i vid udstrækning i klinisk praksis og har gode terapeutiske virkninger, har det også givet bivirkninger, herunder, men ikke begrænset til, gastrointestinalt ubehag, kvalme, opkastning, anæmi, feber, øvre luftvejsinfektioner, forhøjede leverenzymer og blodlipider og i alvorlige tilfælde åndedrætsbesvær. Desuden øger kombinationen af tofacitinib med potente immunosuppressiva som tacrolimus og cyclosporin også risikoen for immunsuppression, hvilket fører til en forværring af bivirkningerne.

JAK3 er det eneste familiemedlem i JAK-familien, der er forbundet med cytokinreceptorens gamma-c-kæde. På grund af JAK3's ekstremt vigtige rolle i cytokinsignalering og dens ekspression kun i specifikke væv, fører hæmning af JAK3-aktivitet til immunsuppression uden at forårsage yderligere unormale fysiologiske ændringer, hvilket gør JAK3 til et vigtigt mål for undersøgelse af immunsuppressiva. Derfor er der stadig et presserende behov for at udvikle JAK3-hæmmende lægemidler med klare terapeutiske effekter og milde toksiske bivirkninger. Gennem virtuel screening med molekylær docking forventes små molekyler af traditionelle kinesiske medicinkomponenter med lignende bindingssteder som tofacitinib at opnå JAK3-specifikke hæmmere.

Ovenstående dockingresultater viser, at bindingsevnen for små molekyler glutarsyre, folsyre, secologanin, crotonosid, 2-O - (β - D-glucopyranosyl) - ascorbinsyre (2-O - (β - D-glucopyranosyl) - ascorbinsyre), tryptamin og vulganthin-I, som er kinesiske urteingredienser, til JAK3-kinase er stærkere end for Tofacitinib, og de kan bruges som kandidat til JAK3-kinasehæmmere. En sammenfattende analyse af bindingsstederne afslørede, at aminosyreresterne Arg935, Asp967, Lys830, Ala966 og Asn954 i det aktive hulrum i JAK3-kinase er tilbøjelige til at danne hydrogenbindinger med H- og O-atomerne i små molekylehæmmere, hvilket er afgørende for udvikling og design af JAK3-hæmmere.
Blandt de syv små molekyler har secologanin dårlig bindingsaffinitet med andre JAK-familieproteiner og udviser høj selektivitet for binding til JAK3-proteiner. Det har værdi for yderligere forskning og design som en JAK3-kinasespecifik hæmmer. Malvaceae-glykosid findes i planter som kaprifolium og Malvaceae. Kaprifolie (Lonicera japonica Flos) er en traditionel kinesisk medicin i Kina, som har virkningerne af at forbedre immuniteten, antitumor, sænke blodsukkeret og lipidniveauet, antiinflammatorisk og febernedsættende. Det har en lang historie med medicinsk brug og har en bred vifte af kliniske anvendelser; Strychnosnux vomica L. har vist sig at påvirke JAK-STAT-vejen, der er forbundet med udbruddet af reumatoid arthritis. Ifølge resultaterne af denne undersøgelse kan catarrhizin have en farmakologisk mekanisme, der ligner tofacitinib, som hæmmer JAK-phosphorylering ved at binde til JAK3-protein og derved hæmmer STAT-phosphorylering, blokerer JAK-STAT-signalvejen, hæmmer syntesen og udskillelsen af forskellige inflammatoriske cytokiner og opnår antiinflammatoriske og immunregulerende virkninger. Tofacitinib kan have en hæmmende effekt på både JAK1- og JAK3-kinaser, mens bindingen af kaempferol til JAK3-STAT er meget selektiv, hvilket gør den mere specifik som en JAK3-kinasehæmmer. Derudover er paeoniflorin også en almindeligt anvendt komponent i traditionel kinesisk medicin såsom kaprifolium, som har karakter af grønhed, let tilgængelighed og minimale toksiske bivirkninger. Det er værd at forske videre i som en JAK3-specifik hæmmer.