黄芩苷改善饮食诱导的肥胖和脂肪肝病变

目前，全世界约三分之一的成年人体重超重，使得与肥胖相关的非酒精性脂肪肝、II型糖尿病、心血管疾病等代谢性疾病的风险逐年增加。虽然导致肥胖的原因和发病机理非常复杂，但是不规律的饮食往往被认为是打乱能量代谢平衡和导致脂质过度累积的最主要原因。

 想要改善肥胖和代谢紊乱等不良状况的一个有效策略，就是减少脂质的过度累积。当前所采用的策略主要包括:健康的饮食、手术清除多余的脂肪、抑制脂质的生物合成等方面。脂质的累积主要是由于脂质代谢的失衡所导致，因此可通过加速脂质代谢来改善肥胖等代谢性疾病的病情。

脂质消耗的过程中首先要将脂肪酸活化生成脂酰 CoA，然后进入线粒体进行脂肪酸的 β-氧化，而肉碱脂酰转移酶 I(CPT1)是脂肪酸 β 氧化的限速酶，具有十分重要的作用。从药理学角度来讲，使用可以活化 CPT1 酶的药物能够增加脂肪酸的氧化代谢，进而促进脂质的消耗。截至目前，有多个化合物被报道具有促进 CPT1 酶的活性[1]，但是直接靶向 CPT1 酶进而将其激活的化合物还未见报道，因此寻找 CPT1 的直接激动剂具有重要的科学意义。

黄芩是一种常见的中草药并长期被中医使用，其粗提取物被报道就有强的降脂效果。尤其是它的主要成分黄芩苷(图1)被报道能够改善饮食诱导的脂肪肝症状，然而其发挥作用的机制仍不清楚。本研究通过多种化学生物学和蛋白组学的方法，研究黄芩苷的作用机制，发现其能够直接靶向激动肝脏中的 CPT1(CPT1A)蛋白，加快脂肪酸 β 氧化，促进脂质的代谢，进而改善饮食诱导的肥胖和脂肪肝。

图1 黄芩苷的结构

为了探讨黄芩苷的作用机制，Wang C 等首先采用化学合成的方法将黄芩苷进行结构衍生获得与黄芩苷具有相似活性的光交联分子探针。为了验证探针的可行性，他们先将探针与靶蛋白进行孵育，然后加入黄芩苷进行底物竞争。研究结果显示，黄芩苷可以将探针竞争下来，证明它们的作用位置相同。将其与细胞进行共孵育后裂解细胞，通过紫外光照射将探针分子与蛋白进行共价交联，对蛋白进行垂钓，通过 LC-MS-MS 的办法对靶蛋白进行分析。

图2 化学探针的设计及靶点垂钓(图片来源Proc Natl Acad Sci USA)

        通过对结果进行分析，他们发现多个可能的靶点蛋白。于是作者采用 RNA 干扰技术将这些可能的蛋白基因敲低表达，进一步去验证真正的作用蛋白。结果显示黄芩苷对 CPT1A 基因敲除的细胞的降脂效果减弱，这说明黄芩苷与脂肪酸代谢通路中的CPT1A 蛋白能够直接的发生相互作用，在细胞内通过激活 CPT1A 蛋白进而发挥降脂作用(图3)。温度依赖的细胞热迁移实验表明，黄芩苷在 100 μM 下可以增加 CPT1A 的热稳定性。分子对接和氨基酸突变实验预测了黄芩苷与 CPT1A蛋白的结合模式(图4)。

图3 基因敲除实验(图片来源Proc NatlAcad Sci USA)

图4 温度依赖的细胞热迁移实验(A)和分子对接(B)

(图片来源Proc Natl Acad Sci USA)

体内药效实验表明，黄芩苷可以明显促进 DIO 小鼠的脂质的代谢，降低DIO 小鼠身体的脂肪含量，改善高脂饮食所引起的一系列代谢性综合征。除此之外，黄芩苷可以明显降低 DIO 小鼠的体重，达到“减肥”的目的。这些关键的药效主要是通过直接激活 CPT1A 酶来实现的(图5)。研究人员表示，小分子化合物不仅具有直接作为药物进行临床开发的潜力更在重编程领域具有较好的应用前景。