Omvendt sporing og isolering af anti-tuberkulosekomponenter fra Guijianyu og kanel
Tuberkulose (TB) er en kronisk infektionssygdom forårsaget af Mycobacterium tuberculosis (Mtb). Tuberkulose forårsaget af lægemiddelfølsomme stammer kan behandles med førstelinjemedicin som rifampicin, isoniazid, ethambutol og pyrazinamid, men fremkomsten af multiresistent tuberkulose (MDR-TB) og ekstensivt lægemiddelresistent tuberkulose (XDR-TB) har medført vanskeligheder for behandlingen af tuberkulose. På grund af den begrænsede beskyttende effekt af BCG-vaccination er udviklingen af antituberkulosemedicin med nye mekanismer det vigtigste middel til at kontrollere forekomsten af tuberkulose.

Naturprodukter er en af de vigtigste kilder til nye lægemiddelkandidatmolekyler. I det sidste århundrede er et stort antal lægemiddelkandidatmolekyler blevet opdaget fra naturprodukter. Forskere i plantekemi har udført omfattende forskning i den kemiske sammensætning af lægeplanter og etableret flere databaser over naturprodukter eller planters kemiske sammensætning. For eksempel indsamler den kinesiske naturproduktdatabase (CNPD) omfattende oplysninger om den kemiske sammensætning af kinesisk urtemedicin, herunder mere end 10.000 kemiske komponenter og involverer over 4500 typer kinesisk urtemedicin.

I de senere år har vi foretaget blindscreening af over 200 kinesiske urteekstrakter mod Mycobacterium tuberculosis og fundet ud af, at den mindste hæmmende koncentration (MIC) for over 80 kinesiske urteekstrakter mod Mycobacterium tuberculosis in vitro er mindre end 2 mg/mL. Sammensætningen af kinesisk urtemedicin er kompleks, og det kræver ofte gentagen adskillelse af ingredienser og verificering af aktivitet at belyse de aktive ingredienser. For hurtigt at opdage aktive molekyler mod tuberkulose fra disse naturlægemidler foreslog vi ideen om "omvendt sporingsseparation" baseret på databasen med naturproduktingredienser. I dette eksperiment blev Guijianyu og kanel valgt som forskningsobjekter, og metoden med omvendt sporingsseparation blev brugt til at udføre forskningsarbejdet: (1) ved hjælp af databaser som China Natural Product Chemical Composition Database til at søge efter de kemiske komponenter i Guijianyu og kanel; (2) Gennem litteraturgennemgang blev det konstateret, at æblesyren i Guijianyu og kanelaldehydet i kanel har anti-tuberkuloseaktivitet. Ved at bruge æblesyre og kanelaldehyd som styrende molekyler blev Guijianyu- og kanelekstrakter derfor gradvist opdelt i dele, der indeholder styrende molekyler, og dele eller komponenter uden styrende molekyler; (3) In vitro-anti-tuberkulosetest afslørede betydelige forskelle i aktiviteten af forskellige dele eller komponenter af ekstraktet fra Guijianyu. Komponenterne med højere indhold af æblesyre havde stærkere aktivitet, mens dem med lavere indhold havde svagere aktivitet. Derfor kan det konkluderes, at æblesyre er det aktive molekyle i Guijianyu mod tuberkulose. Bevis ved hjælp af samme metode, at kanelaldehyd er et aktivt molekyle i kanel mod Mycobacterium tuberculosis; (4) Ved hjælp af kombinationsprincippet blev der foretaget strukturelle ændringer af æblesyre og kanelaldehyd for at opnå mere aktive derivater.

Denne artikel viser fordelene ved separationsmetoden med omvendt sporing til at bekræfte de aktive ingredienser i kinesisk urtemedicin og giver et videnskabeligt grundlag for den kliniske anvendelse af disse to urter, hvilket giver nye ideer til at opdage molekyler mod tuberkulosebakterier fra kinesisk urtemedicin.

Ifølge litteraturen har æblesyren i Guijianyu og kanelaldehydet i kanel anti-tuberkuloseaktivitet. Er det så de stærkeste molekyler med anti-tuberkuloseaktivitet i henholdsvis disse to lægeurter? Det er et spørgsmål, der optager os meget. I dette eksperiment foreslog vi en separationsmetode med omvendt sporing, hvor vi brugte æblesyre som et styrende molekyle til at spore og isolere antituberkulosekomponenter fra Guijianyu og kanelaldehyd som et styrende molekyle til at spore og isolere antituberkulosekomponenter fra kanel. Resultaterne viste, at der ikke var nogen stærkere komponent end æblesyre i anti-tuberkulosekomponenterne i Guijianyu, og kanelaldehyd var det mest aktive molekyle mod tuberkulose i kanel. Det kan ses, at separationsmetoden med omvendt sporing har fordelene ved at spare tid, arbejdskraft og midler i udforskningen af aktive ingredienser i kinesisk urtemedicin, især antibakterielle aktive ingredienser. Selvfølgelig er denne metode afhængig af en stærk database over naturlige produktingredienser som fundament.

Derivaterne opnået ved strukturel modifikation af forbindelser som æblesyre og cinnamaldehyd har stærkere anti-tuberkuloseaktivitet. Forbindelse 1 har en MIC-værdi på 1 μ g/mL, hvilket er sikkert og ikke-toksisk for pattedyrsceller. Det kan bruges som en ledende forbindelse til yderligere strukturel optimering af anti-tuberkulosebakterier.

For at undersøge den mulige virkningsmekanisme for forbindelse 1 blev der anvendt en blind screeningsmetode til at forankre forbindelse 1 med 20 proteiner fra Mycobacterium tuberculosis, hvilket indikerede, at forbindelse 1 har en stærk affinitet for β-ketoacyl ACP-syntase III (FabH) fra Mycobacterium tuberculosis. Derfor blev virkningen af forbindelse 1 på ekspressionen af FabH-genet i Mycobacterium tuberculosis bestemt. Ved subhæmmende og hæmmende koncentrationer kunne det strukturelle gen for β-ketoacyl ACP-syntase III i Mycobacterium tuberculosis blokeres af forbindelse 1, hvilket førte til nedregulering af ekspressionen. β-ketoacyl ACP-syntase III er et nøgleenzym i syntesen af langkædede fedtsyrer i cellevæggen hos Mycobacterium tuberculosis. Når det hæmmes, vil det forårsage ændringer i Mycobacterium tuberculosis' morfologi, hvilket yderligere fører til beskadigelse af cellevægsstrukturen og forårsager bakteriel hævelse og opløsning. Gennem mikroskopiske billeder kan det ses, at tuberkulosebakteriernes morfologi undergår betydelige ændringer efter intervention med forbindelse 1, hvilket indikerer, at forbindelse 1 forårsager skade på tuberkulosebakteriernes cellevæg. Virkningen af cellevægsødelæggelsen på Mycobacterium tuberculosis' vitalitet er dødelig. Ved at måle den bakteriedræbende kurve fandt vi ud af, at forbindelse 1 (4 μ g/mL) dræbte alle Mycobacterium tuberculosis i kultursystemet inden for 72 timer. Derfor spekulerer vi i, at antituberkulosemekanismen for forbindelse 1 er relateret til interventionen af β-ketoacyl ACP-syntase III. Da dette eksperiment ikke gav afgørende bevis for, at forbindelse 1 binder sig til målet, skal virkningsmekanismen for forbindelse 1 stadig undersøges nærmere.

Den gamle bog fra det østlige Han-dynasti, "The Emergency Prescription for Back up the Elbow", foreslog først brugen af spøgelsespilfjer til at kurere spøgelsesinjektion og liginjektion. I gamle dage blev tuberkulose kaldt tuberkulose, spøgelsesinjektion, liginjektion osv. Cinnamomum cassia er også blevet registreret til behandling af tuberkulose. Dette faktum bekræfter, at spøgelsespil og kanel har anti-tuberkuløs aktivitet, hvilket giver værdifulde ledetråde til behandling af tuberkulose med disse to traditionelle kinesiske lægemidler.