Обратное отслеживание и выделение противотуберкулезных компонентов из гуйцзянью и корицы
Туберкулез (ТБ) - это хроническое инфекционное заболевание, вызываемое микобактериями туберкулеза (Mtb). Туберкулез, вызванный чувствительными к лекарствам штаммами, можно лечить препаратами первой линии, такими как рифампицин, изониазид, этамбутол и пиразинамид, но появление туберкулеза с множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ-ТБ) и туберкулеза с широкой лекарственной устойчивостью (ШЛУ-ТБ) привело к трудностям в лечении туберкулеза. В связи с ограниченным защитным эффектом вакцинации БЦЖ разработка противотуберкулезных препаратов с новыми механизмами действия является основным средством борьбы с распространенностью туберкулеза.

Натуральные продукты - один из важнейших источников новых молекул-кандидатов лекарств. В прошлом веке из натуральных продуктов было открыто большое количество молекул-кандидатов в лекарственные препараты. Ученые, занимающиеся химией растений, провели обширные исследования химического состава лекарственных растений и создали множество баз данных по натуральным продуктам или химическому составу растений. Например, в базе данных китайских натуральных продуктов (CNPD) собрана полная информация о химическом составе китайских травяных лекарств, включающая более 10000 химических компонентов и охватывающая более 4500 видов китайских травяных лекарств.

В последние годы мы провели слепой скрининг более 200 китайских травяных экстрактов против Mycobacterium tuberculosis и обнаружили, что минимальная ингибирующая концентрация (МИК) более 80 китайских травяных экстрактов против Mycobacterium tuberculosis in vitro составляет менее 2 мг/мл. Состав китайских травяных лекарств сложен, и выяснение их активных ингредиентов часто требует многократного разделения ингредиентов и проверки активности. Для того чтобы быстро обнаружить противотуберкулезные активные молекулы из этих природных лекарств, мы предложили идею "обратного отслеживания разделения" на основе базы данных ингредиентов натуральных продуктов. В этом эксперименте в качестве объектов исследования были выбраны гуйцзянью и корица, а для проведения исследовательской работы был использован метод разделения с обратным отслеживанием: (1) использование баз данных, таких как China Natural Product Chemical Composition Database, для поиска химических компонентов гуйцзянью и корицы; (2) путем обзора литературы было установлено, что яблочная кислота в гуйцзянью и циннамальдегид в корице обладают противотуберкулезной активностью. Поэтому, используя яблочную кислоту и циннамальдегид в качестве направляющих молекул, экстракты гуйцзянью и корицы были постепенно разделены на части, содержащие направляющие молекулы, и части или компоненты без направляющих молекул; (3) испытания против туберкулеза in vitro выявили значительные различия в активности различных частей или компонентов экстракта гуйцзянью. Компоненты с более высоким содержанием яблочной кислоты обладали более сильной активностью, а компоненты с более низким содержанием - более слабой. Таким образом, можно сделать вывод, что яблочная кислота является активной молекулой Гуйцзяньюй против туберкулеза. Тем же методом было доказано, что коричный альдегид является активной молекулой корицы против Mycobacterium tuberculosis; (4) Используя принцип комбинирования, были проведены структурные модификации яблочной кислоты и коричного альдегида для получения более активных производных.

Эта статья демонстрирует преимущества метода разделения с обратным отслеживанием в подтверждении активных ингредиентов китайской травяной медицины и дает научную основу для клинического применения этих двух трав, предоставляя новые идеи для обнаружения молекул противотуберкулезных бактерий из китайской травяной медицины.

Согласно литературным данным, яблочная кислота в Гуйцзяньюй и коричный альдегид в корице обладают противотуберкулезной активностью. Так являются ли они самыми сильными молекулами противотуберкулезной активности в этих двух лекарственных травах, соответственно? Этот вопрос нас очень волнует. В этом эксперименте мы предложили метод разделения с обратным отслеживанием, используя яблочную кислоту в качестве направляющей молекулы для отслеживания и выделения противотуберкулезных компонентов из Guijianyu, а циннамальдегид - в качестве направляющей молекулы для отслеживания и выделения противотуберкулезных компонентов из корицы. Результаты показали, что в составе противотуберкулезных компонентов Guijianyu нет более сильного компонента, чем яблочная кислота, а наиболее активной молекулой против туберкулеза в корице является коричный альдегид. Как видно, метод разделения с обратным отслеживанием имеет преимущества, позволяющие сэкономить время, трудовые ресурсы и средства при исследовании активных ингредиентов в китайской травяной медицине, особенно антибактериальных активных ингредиентов. Конечно, этот метод опирается на мощную базу данных ингредиентов натуральных продуктов как основу.

Производные, полученные путем структурной модификации таких соединений, как яблочная кислота и циннамальдегид, обладают более сильной противотуберкулезной активностью. Соединение 1 имеет значение МИК 1 мк г/мл, которое безопасно и нетоксично для клеток млекопитающих. Оно может быть использовано в качестве ведущего соединения для дальнейшей структурной оптимизации противотуберкулезных бактерий.

Для изучения возможного механизма действия соединения 1 методом слепого скрининга было проведено докирование соединения 1 с 20 белками Mycobacterium tuberculosis, в результате чего было установлено, что соединение 1 обладает сильным сродством к β - кетоацил ACP синтазе III (FabH) Mycobacterium tuberculosis. Поэтому было определено влияние соединения 1 на экспрессию гена FabH в Mycobacterium tuberculosis. В субингибирующих и ингибирующих концентрациях структурный ген β-кетоацил-АЦП-синтазы III в Mycobacterium tuberculosis может быть заблокирован соединением 1, что приводит к снижению экспрессии. β - кетоацил АЦП синтаза III является ключевым ферментом в синтезе длинноцепочечных жирных кислот в клеточной стенке Mycobacterium tuberculosis. После ингибирования он вызывает изменения в морфологии Mycobacterium tuberculosis, что приводит к повреждению структуры клеточной стенки и вызывает набухание и распад бактерий. На микроскопических изображениях видно, что после воздействия соединения 1 морфология бактерий туберкулеза претерпевает значительные изменения, что указывает на то, что соединение 1 вызывает повреждение клеточной стенки бактерий туберкулеза. Влияние разрушения клеточной стенки на жизнеспособность Mycobacterium tuberculosis является летальным. Измеряя бактерицидную кривую, мы обнаружили, что соединение 1 (4 мк г/мл) убивало все Mycobacterium tuberculosis в культуральной системе в течение 72 часов. Таким образом, мы предполагаем, что механизм противотуберкулезного действия соединения 1 связан с вмешательством в работу β-кетоацил-АКФ синтазы III. Поскольку в данном эксперименте не было получено убедительных доказательств связывания соединения 1 с мишенью, механизм действия соединения 1 нуждается в дальнейшем изучении.

В древней книге династии Восточная Хань "Экстренный рецепт для поддержки локтя" впервые было предложено использовать перо призрачной стрелы для лечения призрачной инъекции и трупной инъекции. В древности туберкулез называли туберкулином, призрачной инъекцией, трупной инъекцией и т.д. Кассия Cinnamomum также была зарегистрирована для лечения туберкулеза. Этот факт подтверждает, что перо призрачной стрелы и корица обладают противотуберкулезной активностью, и дает ценные указания для лечения туберкулеза этими двумя традиционными китайскими препаратами.