BAG2

关注并星标CPHI制药在线       导读阿尔茨海默病（AD）是老年人中最常见的神经退行性疾病。现代治疗只能缓解症状，但不能延缓疾病进展。姜黄素是一种天然衍生的化合物，在AD治疗中显示出显着的治疗效果。最近，分子杂交已被用于将姜黄素中存在的药效基团与其他AD药物的药效基团相结合，从而产生一系列通过多种机制增强治疗效果的新型化合物。宁夏医科大学药学院李娟等简要总结了AD的各种发病假说和姜黄素在AD中的作用机制，以及分子杂交的概念。文章链接https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1016/j.ejmech.2023.116070阿尔茨海默病（Alzheimer's Disease，AD）是老年人痴呆的最常见原因，占所有痴呆病例的60%-80%。其临床特征为进行性认知障碍，神经病理学特征为淀粉样斑块和神经原纤维缠结。根据国际阿尔茨海默病组织发布的《2023年世界阿尔茨海默病报告》，随着社会老龄化，全球痴呆患者人数预计将从2019年的5500万增加到2050年的1.39亿。这已成为亟待解决的社会挑战。然而，可用于治疗AD的药物极少极少，即使是已经获得批准上市的药物，争议性都很大，科学界基本认为，暂时没有一款可以治疗AD的药物，AD药物的研发被成为研发黑洞，耗费了大量的金钱。FDA批准的药物包括阿杜卡单抗、多奈哌齐、加兰他敏、卡巴拉汀和美金刚。遗憾的是，这些药物只能解决AD症状，缺乏治愈能力。此外，AD的根本原因仍不清楚，这使得现有的药物设计工作具有推测性，近几十年来，科学家们大力研究AD的发病机制，并提出了多种假设。       2021年6月，美国食品和药物管理局 （FDA）通过快速审批通道批准了由渤健（Biogen）和卫材（Eisai）共同研发的阿尔茨海默症新药阿杜卡玛单抗（aducanumab，商品名Aduhelm，中文名阿杜卡玛单抗），这是FDA在2003年批准美金刚，暌违18年之后，批准的又一款AD药物。这款新药的获批理应带来欢欣鼓舞，然而更多的却是争议甚至成了FDA的一个负面新闻。而在国内，国家药监局(NMPA)于2019年11月2日批准国产AD药物九期一(甘露特纳，GV-971)同样引发了业界热烈讨论。实可谓"一种疾病，两种药物，争议无计可消除"。       作为一种神经退行性疾病，AD的发病机制是多因素的。研究人员提出了各种假说，包括 Aβ 级联假说、Tau 假说、胆碱能假说等。       Aβ 级联假说指出，淀粉样蛋白-β （Aβ） 是由淀粉样蛋白前体蛋白 （APP） 的蛋白酶裂解产生的。APP被β-分泌酶和γ-分泌酶复合物依次切割，导致不同长度的Aβ肽释放。在 Aβ 肽中，Aβ40是最丰富的形式，但致病性较低，而 Aβ42是淀粉样斑块的主要成分，被认为是毒性最强的。先前的研究表明，Aβ可以通过其直接的神经毒性作用和间接作用加重AD的进展，包括诱导氧化应激，损害线粒体功能，引发神经炎症和破坏突触功能。       Tau 是最丰富的微管相关蛋白。其主要生理功能包括促进微管蛋白聚合成微管，维持微管稳定性，促进神经突生长。Tau 的过度磷酸化导致其微管结合亲和力降低，导致 Tau 聚集并最终形成 NFT。致病性tau已被证明会影响微管组装，损害轴突转运，损害突触功能，并最终导致细胞死亡。       胆碱能假说是第一个关于AD发病机制的理论。胆碱能系统在调节中枢神经系统的神经发生、神经元分化、突触可塑性和神经保护方面起着至关重要的作用。在AD患者中，已经观察到胆碱乙酰转移酶活性显着降低，导致乙酰胆碱水平显着下降。       姜黄素（图1）是一种天然存在的双酮色化合物，从姜科和天南星科某些植物的根茎中提取。作为一种多酚类化合物，它具有多种药用活性，包括抗AD、抗癌、抗炎、抗氧化、抗菌和抗糖尿病特性。姜黄素的I期临床试验表明，姜黄素在高达8g/d的剂量下对人体无毒，持续3个月，表明即使在高剂量下也是安全的。然而，姜黄素有限的药代动力学和生物利用度对其应用提出了重大挑战。因此，姜黄素的衍生物和纳米制剂已被开发出来，以解决其有限的生物利用度问题。       姜黄素抑制 Tau 蛋白过度磷酸化的能力已被广泛研究。研究者发现姜黄素可以减弱Aβ诱导的Tau过度磷酸化。姜黄素可能通过几种潜在机制抑制归因于过度磷酸化 Tau 的神经毒性作用。首先，姜黄素可以抑制激酶，如GSK-3β和细胞周期蛋白依赖性激酶5（Cdk5），这些激酶会过度磷酸化Tau蛋白。此外，体外研究观察到姜黄素和 Tau 蛋白之间的直接相互作用。姜黄素一方面破坏β片结构的形成，抑制Tau聚集，另一方面，它分解预先形成的Tau丝。此外，研究表明，姜黄素可增强致病性 Tau 的清除率。姜黄素激活自噬通过促进 BCL2 相关 athanogene 2 （BAG2） 的表达来降低二聚体 Tau 的水平，BAG2 是一种已知可促进 Tau 递送至蛋白酶体进行降解的蛋白质。       最近的研究表明，姜黄素通过直接和间接的抗氧化途径发挥抗氧化特性。姜黄素的直接抗氧化能力主要体现在清除自由基的能力上，这归因于其两个酚羟基和β-二酮部分。在许多体外抗氧化实验中，姜黄素已显示出对各种自由基的强大清除能力。此外，姜黄素的金属离子螯合能力有助于减少自由基。另一方面，姜黄素通过上调抗氧化酶发挥间接抗氧化作用，包括血红素加氧酶1（HO-1）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶和参与合成内源性抗氧化剂的酶，特别是谷胱甘肽（GSH）。       除了上述主流机制外，还有令人信服的证据支持姜黄素的抗炎活性。该化合物通过减轻小胶质细胞活化、抑制促炎细胞因子（如 TNF-α、IL-6 和 IL-12）的表达以及诱导抗炎介质（包括 HO-1/NRF-2、PPARα-γ 和 IL-4）的产生来降低 AD 的神经炎症作用。此外，研究人员观察到姜黄素可以抑制AChE mRNA表达水平，有效防止Cd诱导的AChE活性升高。虽然姜黄素直接与AChE相互作用，但其抑制活性仍然较弱（IC50= 67.69μM）。此外，姜黄素与肠道微生物群的相互作用具有潜在的抗AD特性。一方面，姜黄素可能会降低与AD发展相关的特定细菌分类群的相对丰度。另一方面，肠道微生物显示出将姜黄素代谢成一系列神经保护化合物的能力。       图1 姜黄素在药物开发中的应用[1]       大量研究通过各种机制证明了姜黄素对AD的神经保护作用。近几十年来，药物研发主要遵循"一靶点一药"的方法，这在临床实践中已被证明是成功的。然而，许多复杂疾病，如癌症和阿尔茨海默病，涉及多个器官、组织和潜在靶点。因此，以前的范式存在局限性，某些疾病可能无法得到最好治疗。为了应对这些挑战，提高药物疗效和安全性，研究人员逐渐将重点转向多靶点治疗。该领域包括三种不同的治疗方法：复杂药物治疗、固定剂量组合 （FDC） 药物和多靶点药物。复杂的药物疗法，也称为"鸡尾酒疗法"，涉及同时使用具有不同机制的多种药物来治疗疾病。然而，这种方法可能导致患者依从性差和药物相互作用的风险。FDC药物的配制方法是将固定剂量的不同药物组合成单一剂型，克服了患者依从性差的问题。然而，患者之间代谢率的差异导致了FDC药物的复杂药代动力学和药效学关系。鉴于上述疗法的缺点，杂交分子或设计的多配体（DML）已成为一种有前途的替代方案。杂化分子是具有两个或多个结构域的单一化学实体，具有具有不同生物活性的不同药效团。在治疗多因素疾病的背景下，与多组分药物相比，杂化分子具有明显的优势，包括药物不良相互作用的风险更低、耐药性降低、PK和PD关系更可预测，以及药物疗效的提高。       文献详情：       [1]Zang W B, Wei H L, Zhang W W, et al. Curcumin hybrid molecules for the treatment of Alzheimer's disease: Structure and pharmacological activities[J]. European Journal of Medicinal Chemistry, 2023: 116070. https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1016/j.ejmech.2023.116070.       作者简介：roger，广东广州人，硕士研究生，工程师，主要研究方向为分析方法学，仪器原理与研制，凝聚态物理，电学理论与超导体理论，理论物理等等。来源：CPHI制药在线声明：本文仅代表作者观点，并不代表制药在线立场。本网站内容仅出于传递更多信息之目的。如需转载，请务必注明文章来源和作者。投稿邮箱：Kelly.Xiao@imsinoexpo.com▼更多制药资讯，请关注CPHI制药在线▼点击阅读原文，进入智药研习社~

作者：白露 从帕金森病（PD）到阿尔茨海默症（AD），人类对于神经退行性疾病的认知仍然十分有限；从遗传到发育，在生命这本“教科书”中，还有太多现象无法解释。也许，生物分子凝聚体这个势头正劲的新方向，能让我们获得一个崭新的视角。 在细胞中，除了线粒体、内质网等经典的有膜细胞器外，还存在着多种无膜细胞器，它们通过液-液相分离（liquid-liquid phase separation, LLPS）形成，在细胞内广泛存在，可以将蛋白质、RNA和其他大分子聚集在一起，并隔离无关的分子，加速化学反应的发生。这些没有脂膜包被的一类特殊结构也被称为生物分子凝聚体。 近期，加州大学圣巴巴拉分校神经学家Kenneth Kosik实验室的研究人员发现了一种新的生物分子凝聚体——Bcl2相关的athanogene 2 (BAG2) 凝聚体，对其优化可能有助于治疗由错误折叠蛋白质导致的疾病，包括AD、PD及其他神经退行性疾病。相关研究结果于6月2日发表在Nature Communications杂志上。 来源：Nature Communications 生物分子凝聚体通过密度差异与周围细胞质分离，密度差异可以粗略地比作水中的一滴油。这种LLPS为某些功能和反应创造了一个专门的、相对集中的环境。例如，应激颗粒，一种主要包含 mRNA-蛋白质复合体的生物分子凝聚体，会在细胞处于应激状态（如热刺激、高渗透压、脱水）时诱导形成，其工作是清除细胞质中漂浮的RNA，存储这些遗传指令并暂停其翻译成蛋白质。Kosik解释说：“如果细胞处于压力应激之下，停止蛋白质的合成才能真正保存能量以度过压力应激。” 当然，研究人员表示，这只是其中一部分情况。当面对压力应激时，细胞中已经存在的蛋白质会发生什么变化？Kosik说：“如果它们处于这些压力条件下，其中一些蛋白质可能会受损，并可能发生错误折叠。例如，tau蛋白的错误折叠可能会变得病理化，并转变为AD特征性神经原纤维缠结。” 进一步研究发现，以其所含的BAG2蛋白命名的细胞器——BAG2凝聚体能够清除细胞质中的这些有缺陷的蛋白质，并将它们“塞到”位于细胞器中的蛋白酶体（细胞版本的垃圾桶）中 。与应激颗粒和加工小体等熟知的凝聚体不同，BAG2凝聚体缺乏RNA、泛素，并通过20S蛋白酶体以非泛素依赖的方式促进目标蛋白降解。 细胞中随时都存在许多蛋白酶体，但标记为20S的蛋白酶体是个特殊，因为它可以接受已经有点错误折叠的蛋白质，而这些蛋白质无法放入其他细胞垃圾桶中。Kosik解释道：“存在于许多蛋白酶体上的限制cap，并不存在于BAG2凝聚体中。” BAG2降解凝聚体示意图。 BAG2凝聚体是一种独特的相分离无膜细胞器，由多种形式的应激，尤其是高渗应激诱发，成分包括分子伴侣HSP-70和20S蛋白酶体。这些细胞器保护细胞活性免受应激干扰，并且能够通过微管直接运输到目标蛋白，如tau蛋白。 BAG2凝聚体未与自噬标记LAMP-1或p62-SQSTM1共定位。当蛋白酶体受到抑制时，BAG2凝聚体可以通过LAMP-1和p62/SQSTM1 traffic to aggresome样结构。 LAMP-1信号主要位于缺乏BAG2的区域，p62/SQSTM1抗体标记了靠近BAG2信号的离散区域。这一观察结果表明，在aggresome样结构中，目标蛋白可能根据其蛋白质降解机制被分离。（来源：Nature Communications） 虽然BAG2蛋白在这种情况下的作用尚未完全明确，但Kosik猜测它可能在混乱的蛋白质进入20S蛋白酶体之前起到帮助组织这些蛋白的作用。他说：“BAG2被认为是一种辅助伴侣，因为它与分子伴侣一起帮助蛋白质折叠。” Kosik实验室已经在之前的一项研究中证明了BAG2在细胞培养物中靶向和清除缠结tau蛋白的能力。“这些BAG2凝聚体实际上可以移动到受损的目标蛋白处并将其吞噬。至少对于tau蛋白是这样。” Kosik说道。具体而言，BAG2可以在微管上的位点凝聚，在那里它可以以非泛素依赖的方式将tau蛋白靶向蛋白酶体。 最后，研究人员指出，BAG2凝聚体确实是受损tau蛋白的理想场所。如果能弄清楚如何在tau蛋白受损的早期阶段将它们送进这种凝聚体中，以便在其恶化之前将其清除，那将是一件意义非凡的事情。这些有希望的结果可能为阻断AD等神经退行性疾病的发展指出了一条新路。 参考资料： 1# Daniel C. Carrettiero et al, Stress routes clients to the proteasome via a BAG2 ubiquitin-independent degradation condensate. Nature Communications(2022). 2# Scientists discover and characterize a novel membraneless organelle that could play a role in Alzheimer's treatment（来源：Medical press）

Neuroscientists have discovered a novel organelle -- a previously unknown cell structure whose function it is to help clean up faulty proteins in times of stress and keep cells functioning in top condition. Optimizing this membraneless organelle, which they call a BAG2 condensate, could lead to treatments for conditions that are the result of misfolded proteins, including Alzheimer's disease, Parkinson's disease and other neurodegenerative conditions. Researchers in UC Santa Barbara neuroscientist Kenneth S. Kosik's lab have discovered a novel organelle -- a previously unknown cell structure whose function it is to help clean up faulty proteins in times of stress and keep cells functioning in top condition. Optimizing this membraneless organelle, which they call a BAG2 condensate, could lead to treatments for conditions that are the result of misfolded proteins, including Alzheimer's disease, Parkinson's disease and other neurodegenerative conditions. Their results are reported in a paper led by project scientist Daniel C. Carrettiero and published in the journal Nature Communications. "People have known for quite a while that are a few objects floating around in cells that don't have membranes," Kosik said. "And it's never been clear how they're held together, what they are and what they're doing until relatively recently." Indeed, thanks to advanced imaging techniques, scientists have uncovered structures that were once invisible, revealing cells for the truly complex and sophisticated systems that they are. Of particular interest are biomolecular condensates, which don't have the recognizable cell membrane enclosure, but instead, are separated from the surrounding cytoplasm by a difference in density that can be loosely compared to a drop of oil in water. This liquid-liquid phase separation creates a specialized, relatively concentrated environment for certain functions and reactions. For example, a stress granule is a membraneless organelle that appears when the cell is under stress -- maybe there's too much glucose, maybe it's too hot or cold, maybe the cell is experiencing dehydration -- and its job is to sweep up RNA floating around in the cytoplasm, storing those genetic instructions and pausing their translation into proteins. "If your cell is under stress, you want to shut down making proteins so you can really conserve your energy and get past the stress," Kosik explained. But that's only part of the picture, according to the researchers. "When there's stress, what happens to the proteins that are already in the cell?" Kosik said. "If they're under those stress conditions, some of those proteins could get damaged and they could misfold." Misfolds of the tau protein, for example, can become pathological and turn into the neurofibrillary tangles that characterize Alzheimer's disease. This is where the researchers' newly discovered BAG2 condensate comes in. Named for the BAG2 protein that it contains, the organelle, they found, is capable of sweeping up these faulty proteins in the cytoplasm and stuffing them into a proteasome -- the cell's version of a trash can -- located in the organelle. "A few proteins form a little barrel, and as the protein is threaded through that little cylinder, it gets degraded," Kosik said. This inactivates and breaks down the protein. Many proteasomes are present in cells at any given time, he added, but what makes this particular proteasome (labeled 20S) special is that it can accept proteins that are already somewhat misfolded and would not fit in the other cellular trash cans. "The limiting cap present on many proteasomes is not there in the BAG2 condensates," Kosik explained. Additionally, this method of protein degradation does not rely on the ubiquitination process, in which proteins meant for destruction are marked with a tiny ubiquitin protein tag before being grabbed by the proteasome. The role of the BAG2 protein in this context is not yet fully defined, but Kosik suspects that it may have a role in helping organize the messy protein before it goes into the 20S proteasome. "BAG2 is considered a co-chaperone in that it works with molecular chaperones to help proteins fold," he said. In a previous study, the Kosik Lab demonstrated BAG2's ability to target and clear tangled tau proteins in cell cultures. "What these BAG2 condensates seem to do, at least in the case of tau, is they can actually travel to the damaged tau and gobble it up," Kosik said. These promising results could point to a way to interrupt the development of Alzheimer's disease, which is marked by an accumulation of misfolded tau. "The BAG2 condensate really is an ideal place for damaged tau," Kosik said. "It would be really nice to figure out how we can shuttle tau into this condensate at the early stages of its damage for the cell to get rid of it, before it gets worse." Research for this study was also conducted by Maria C. Almeida, Andrew P. Longhini, Jennifer Rauch, Dasol Han, Xuemei Zhang and Saeed Najafi at UCSB; and Jason E. Gestwiki at UCSF.