Virtuelles Molekulares Docking-Screening von JAK3-spezifischen Inhibitoren auf der Grundlage der TCMSP-Datenbank
Januskinasen (JAKs) gehören zur Familie der intrazellulären Tyrosinkinasen, die aus vier Mitgliedern besteht: JAK1, JAK2, JAK3 und TYK2. Sie spielen eine zentrale Rolle im Signalisierungsprozess vieler Zytokinrezeptoren. Durch die Aktivierung nachgeschalteter Zielgene über Signaltransduktoren und Aktivatoren der Transkription (STATs) üben sie ihre regulierende Wirkung auf zelluläre biologische Funktionen aus. Der JAK-STAT-Signalweg ist an wichtigen biologischen Prozessen wie Zellproliferation, Differenzierung, Apoptose und Immunregulation beteiligt. Eine abnormale Aktivierung des JAK-STAT-Signalwegs kann den Proliferationsprozess von Krebszellen beschleunigen, wie z. B. bei der akuten promyelozytären Leukämie, deren Zelllinie HT93A eine Differenzierung induziert und JAK-STAT aktiviert, was zu einer beschleunigten Proliferation führt. Der JAK-STAT-Kanal wird auch durch die NADPH-Oxidase aktiviert, was die Expression des Leber-X-Rezeptors verringert, die Expression der ATP-Adenosintriphosphat-Bindungskassette (AB-CA1) stark beeinträchtigt, die Cholesterinausscheidung der THP-1-Schaumzellen hemmt und zur Pathogenese der Atherosklerose führt. Gegenwärtig konzentriert sich die medizinische Forschung vor allem auf Krebs, Entzündungen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen, wobei zu den Entzündungskrankheiten vor allem Colitis ulcerosa, rheumatoide Arthritis und Morbus Crohn gehören.
Das JAK-Protein ist ein wichtiges Protein im menschlichen Körper, und es gibt viele niedermolekulare Hemmstoffe, die auf dieses Protein abzielen. Die meisten von ihnen befinden sich jedoch aufgrund ihrer geringen oralen Bioverfügbarkeit und ihrer geringen Selektivität in verschiedenen Stadien der klinischen Forschung. Bisher wurden nur zwei JAK-Inhibitoren von den Zulassungsbehörden zur Vermarktung zugelassen. Tofacitinib ist ein neuartiger JAK1/3-Inhibitor, der von Pfizer Inc. in den Vereinigten Staaten entwickelt wurde. Er wurde am 6. November 2021 von der US-amerikanischen FDA und später am 25. März 2013 von der japanischen PMDA zugelassen. Als JAK-Inhibitor der ersten Generation blockiert Tofacitinib die Signalübertragung von Zytokinen, indem es nachgeschaltete Signale von zytoplasmatischen Rezeptoren hemmt und so den JAK-STAT-Signalweg stört und die DNA-Transkription beeinflusst. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Bekämpfung der Proliferation und der Entzündungshemmung. Obwohl das Medikament in der klinischen Praxis weit verbreitet ist und gute therapeutische Wirkungen hat, hat es auch unerwünschte Wirkungen hervorgerufen, u. a. Magen-Darm-Beschwerden, Übelkeit, Erbrechen, Anämie, Fieber, Infektionen der oberen Atemwege, erhöhte Leberenzyme und Blutfette sowie in schweren Fällen Atemnot. Darüber hinaus erhöht die Kombination von Tofacitinib mit starken Immunsuppressiva wie Tacrolimus und Cyclosporin das Risiko einer Immunsuppression, was zu einer Verschlimmerung der Arzneimittelnebenwirkungen führt.

JAK3 ist das einzige Mitglied der JAK-Familie, das mit der c-Kette des Zytokinrezeptors gamma verbunden ist. Aufgrund der äußerst wichtigen Rolle von JAK3 bei der Zytokin-Signalübertragung und der Tatsache, dass es nur in bestimmten Geweben vorkommt, führt die Hemmung der JAK3-Aktivität zu einer Unterdrückung des Immunsystems, ohne weitere anormale physiologische Veränderungen hervorzurufen, was JAK3 zu einem wichtigen Ziel für die Untersuchung von Immunsuppressiva macht. Daher besteht nach wie vor ein dringender Bedarf an der Entwicklung von JAK3-Inhibitoren mit eindeutigen therapeutischen Wirkungen und geringen toxischen Nebeneffekten. Durch virtuelles Molekular-Docking-Screening sollen kleine Moleküle aus Komponenten der traditionellen chinesischen Medizin mit ähnlichen Bindungsstellen wie Tofacitinib zu JAK3-spezifischen Inhibitoren werden.

Die obigen Docking-Ergebnisse zeigen, dass die Bindungsfähigkeit der kleinen Moleküle Glutarsäure, Folsäure, Secologanin, Crotonosid, 2-O - (β - D-glucopyranosyl) - Ascorbinsäure (2-O - (β - D-glucopyranosyl) - Ascorbinsäure), Tryptamin und Vulganthin-I, bei denen es sich um chinesische Kräuterinhaltsstoffe handelt, an die JAK3-Kinase stärker ist als die von Tofacitinib, und sie können als JAK3-Kinase-Inhibitorkandidaten verwendet werden. Eine zusammenfassende Analyse der Bindungsstellen ergab, dass die Aminosäurereste Arg935, Asp967, Lys830, Ala966 und Asn954 in der aktiven Kavität der JAK3-Kinase dazu neigen, Wasserstoffbrückenbindungen mit den H- und O-Atomen der niedermolekularen Inhibitoren zu bilden, was für die Entwicklung und das Design von JAK3-Inhibitoren entscheidend ist.
Von den sieben kleinen Molekülen hat Secologanin eine geringe Bindungsaffinität zu anderen Proteinen der JAK-Familie und weist eine hohe Selektivität für die Bindung an JAK3-Proteine auf. Es ist wertvoll für die weitere Forschung und Entwicklung eines JAK3-Kinase-spezifischen Hemmstoffs. Das Malvaceae-Glykosid kommt in Pflanzen wie Geißblatt und Malvaceae vor. Geißblatt (Lonicera japonica Flos) ist ein traditionelles chinesisches Heilmittel in China, das immunstärkend, antitumorös, blutzucker- und lipidsenkend, entzündungshemmend und fiebersenkend wirkt. Strychnosnux vomica L. wird seit langem medizinisch verwendet und hat ein breites Spektrum an klinischen Anwendungen. Es wurde festgestellt, dass Strychnosnux vomica L. den JAK-STAT-Stoffwechselweg beeinflusst, der mit dem Auftreten von rheumatoider Arthritis in Verbindung gebracht wird. Den Ergebnissen dieser Studie zufolge hat Catarrhizin möglicherweise einen ähnlichen pharmakologischen Mechanismus wie Tofacitinib, das die JAK-Phosphorylierung durch Bindung an das JAK3-Protein hemmt und dadurch die STAT-Phosphorylierung hemmt, den JAK-STAT-Signalweg blockiert, die Synthese und Sekretion verschiedener entzündlicher Zytokine hemmt und entzündungshemmende und immunregulierende Wirkungen erzielt. Tofacitinib kann sowohl die JAK1- als auch die JAK3-Kinase hemmen, während die Bindung von Kaempferol an JAK3-STAT hochselektiv ist, was es zu einem spezifischeren JAK3-Kinaseinhibitor macht. Darüber hinaus ist Paeoniflorin auch ein häufig verwendeter Bestandteil der traditionellen chinesischen Medizin, z. B. des Geißblattes, das sich durch sein grünes Aussehen, seine leichte Zugänglichkeit und seine geringen toxischen Nebenwirkungen auszeichnet. Als spezifischer JAK3-Inhibitor ist er weitere Forschung wert.