Rückverfolgung und Isolierung von tuberkulosehemmenden Komponenten aus Guijianyu und Zimt
Tuberkulose (TB) ist eine chronische Infektionskrankheit, die durch Mycobacterium tuberculosis (Mtb) verursacht wird. Tuberkulose, die durch arzneimittelempfindliche Stämme verursacht wird, kann mit Medikamenten der ersten Wahl wie Rifampicin, Isoniazid, Ethambutol und Pyrazinamid behandelt werden, aber das Auftreten von multiresistenter Tuberkulose (MDR-TB) und extensiv arzneimittelresistenter Tuberkulose (XDR-TB) hat die Behandlung der Tuberkulose erschwert. Aufgrund der begrenzten Schutzwirkung der BCG-Impfung ist die Entwicklung von Tuberkulosemedikamenten mit neuen Wirkmechanismen das wichtigste Mittel zur Kontrolle der Tuberkuloseprävalenz.

Naturstoffe sind eine der wichtigsten Quellen für neue Arzneimittelkandidaten. Im vergangenen Jahrhundert wurde eine große Zahl von Arzneimittelkandidaten aus Naturprodukten entdeckt. Forscher aus dem Bereich der Pflanzenchemie haben die chemische Zusammensetzung von Heilpflanzen eingehend erforscht und mehrere Datenbanken über die chemische Zusammensetzung von Naturprodukten oder Pflanzen eingerichtet. Die Chinese Natural Product Database (CNPD) beispielsweise sammelt umfassend Informationen über die chemische Zusammensetzung der chinesischen Kräutermedizin, darunter mehr als 10000 chemische Komponenten und über 4500 Arten chinesischer Kräutermedizin.

In den letzten Jahren haben wir ein Blindscreening von über 200 chinesischen Kräuterextrakten gegen Mycobacterium tuberculosis durchgeführt und festgestellt, dass die minimale Hemmkonzentration (MHK) von über 80 chinesischen Kräuterextrakten gegen Mycobacterium tuberculosis in vitro weniger als 2 mg/ml beträgt. Die Zusammensetzung der chinesischen Kräutermedizin ist komplex, und die Ermittlung ihrer Wirkstoffe erfordert oft eine wiederholte Trennung der Bestandteile und eine Überprüfung der Aktivität. Um schnell tuberkulosewirksame Moleküle aus diesen Naturarzneimitteln zu entdecken, schlugen wir die Idee der "Reverse Tracking Separation" vor, die auf der Datenbank der Naturprodukt-Inhaltsstoffe basiert. In diesem Experiment wurden Guijianyu und Zimt als Forschungsobjekte ausgewählt, und die Methode der "Reverse Tracking"-Trennung wurde zur Durchführung der Forschungsarbeit verwendet: (1) Verwendung von Datenbanken wie der China Natural Product Chemical Composition Database zur Suche nach den chemischen Komponenten von Guijianyu und Zimt; (2) Durch Literaturrecherche wurde festgestellt, dass die Apfelsäure in Guijianyu und Zimtaldehyd in Zimt Anti-Tuberkulose-Aktivität haben. Daher wurden Guijianyu- und Zimtextrakte unter Verwendung von Apfelsäure und Zimtaldehyd als richtungsweisende Moleküle schrittweise in Teile mit richtungsweisenden Molekülen und Teile oder Komponenten ohne richtungsweisende Moleküle unterteilt; (3) In-vitro-Tests zur Tuberkulosebekämpfung ergaben signifikante Unterschiede in der Aktivität der verschiedenen Teile oder Komponenten des Extrakts aus Guijianyu. Die Bestandteile mit einem höheren Gehalt an Apfelsäure hatten eine stärkere Aktivität, während diejenigen mit einem niedrigeren Gehalt eine schwächere Aktivität aufwiesen. Daraus lässt sich schließen, dass Apfelsäure das aktive Molekül von Guijianyu gegen Tuberkulose ist. Mit der gleichen Methode wurde nachgewiesen, dass Zimtaldehyd ein aktives Molekül von Zimt gegen Mycobacterium tuberculosis ist; (4) Nach dem Prinzip der Kombination wurden strukturelle Veränderungen an Apfelsäure und Zimtaldehyd vorgenommen, um aktivere Derivate zu erhalten.

Dieser Artikel zeigt die Vorteile der Reverse-Tracking-Separationsmethode bei der Bestätigung der Wirkstoffe der chinesischen Kräutermedizin und bietet eine wissenschaftliche Grundlage für die klinische Anwendung dieser beiden Kräuter und liefert neue Ideen für die Entdeckung von Anti-Tuberkulose-Bakterienmolekülen aus der chinesischen Kräutermedizin.

Literaturberichten zufolge haben die Apfelsäure in Guijianyu und das Zimtaldehyd in Zimt eine tuberkulosehemmende Wirkung. Sind sie also die Moleküle mit der stärksten Anti-Tuberkulose-Wirkung in diesen beiden Heilpflanzen? Diese Frage ist für uns von großer Bedeutung. In diesem Experiment schlugen wir einen Trennungsansatz mit umgekehrtem Tracking vor, bei dem Apfelsäure als Leitmolekül verwendet wurde, um Anti-Tuberkulose-Komponenten aus Guijianyu aufzuspüren und zu isolieren, und Zimtaldehyd als Leitmolekül, um Anti-Tuberkulose-Komponenten aus Zimt aufzuspüren und zu isolieren. Die Ergebnisse zeigten, dass es bei den tuberkulosehemmenden Bestandteilen von Guijianyu keine stärkere Komponente als Apfelsäure gab, und Zimtaldehyd war das aktivste Molekül gegen Tuberkulose in Zimt. Es zeigt sich, dass die Reverse-Tracking-Trennmethode den Vorteil hat, dass sie bei der Erforschung von Wirkstoffen in der chinesischen Kräutermedizin, insbesondere von antibakteriellen Wirkstoffen, Zeit, Arbeitskräfte und Geldmittel spart. Natürlich stützt sich diese Methode auf eine leistungsstarke Datenbank für Naturprodukt-Inhaltsstoffe als Grundlage.

Die durch strukturelle Veränderung von Verbindungen wie Apfelsäure und Zimtaldehyd gewonnenen Derivate haben eine stärkere Anti-Tuberkulose-Aktivität. Verbindung 1 hat einen MHK-Wert von 1 μ g/ml, der für Säugetierzellen sicher und nicht toxisch ist. Sie kann als Leitverbindung für die weitere strukturelle Optimierung von Anti-Tuberkulose-Bakterien verwendet werden.

Um den möglichen Wirkmechanismus von Verbindung 1 zu erforschen, wurde ein Blindscreening-Verfahren angewandt, um Verbindung 1 an 20 Proteine von Mycobacterium tuberculosis anzudocken. Dabei zeigte sich, dass Verbindung 1 eine starke Affinität für die β-Ketoacyl-ACP-Synthase III (FabH) von Mycobacterium tuberculosis hat. Daher wurde die Wirkung von Verbindung 1 auf die Expression des FabH-Gens in Mycobacterium tuberculosis bestimmt. Bei subinhibitorischen und inhibitorischen Konzentrationen konnte das Strukturgen der β-Ketoacyl-ACP-Synthase III in Mycobacterium tuberculosis durch Verbindung 1 blockiert werden, was zu einer Downregulation der Expression führte. β-Ketoacyl-ACP-Synthase III ist ein Schlüsselenzym für die Synthese langkettiger Fettsäuren in der Zellwand von Mycobacterium tuberculosis. Sobald es gehemmt wird, verursacht es Veränderungen in der Morphologie von Mycobacterium tuberculosis, was zu einer weiteren Schädigung der Zellwandstruktur führt und die Schwellung und den Zerfall der Bakterien verursacht. Auf mikroskopischen Bildern ist zu erkennen, dass sich die Morphologie der Tuberkulosebakterien nach der Behandlung mit Verbindung 1 deutlich verändert, was darauf hindeutet, dass Verbindung 1 die Zellwand der Tuberkulosebakterien schädigt. Die Auswirkungen der Zellwandzerstörung auf die Vitalität von Mycobacterium tuberculosis sind tödlich. Die Messung der bakteriziden Kurve ergab, dass Verbindung 1 (4 μ g/mL) alle Mycobacterium tuberculosis im Kultursystem innerhalb von 72 Stunden tötete. Daher vermuten wir, dass der Anti-Tuberkulose-Mechanismus von Verbindung 1 mit dem Eingriff in die β-Ketoacyl-ACP-Synthase III zusammenhängt. Da dieses Experiment keine schlüssigen Beweise für die Bindung von Verbindung 1 an das Ziel liefert, muss der Wirkmechanismus von Verbindung 1 noch weiter untersucht werden.

In dem alten Buch aus der östlichen Han-Dynastie, "Das Notfallrezept für den Ellbogen", wurde erstmals die Verwendung von Geisterpfeilfedern zur Heilung von Geister- und Leicheninjektionen vorgeschlagen. Im Altertum wurde die Tuberkulose als Tuberkulose, Geisterinjektion, Leicheninjektion usw. bezeichnet. Cinnamomum cassia wurde auch zur Behandlung von Tuberkulose eingesetzt. Diese Tatsache bestätigt, dass Geisterpfeilfeder und Zimt eine tuberkulosehemmende Wirkung haben, was wertvolle Hinweise für die Behandlung von Tuberkulose mit diesen beiden traditionellen chinesischen Arzneimitteln liefert.