在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的征途中，肝臟疾病一直是全球健康領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。非酒精性脂肪性肝?。∟AFLD）和非酒精性脂肪性肝炎（NASH）等慢性肝病，不僅發(fā)病率高，而且可能導(dǎo)致嚴(yán)重的健康后果，如肝硬化和肝癌。然而，治療這些疾病的旅程并不平坦，尤其是那些因治療而產(chǎn)生的副作用，如瘙癢，更是讓患者苦不堪言，但希望的曙光已經(jīng)出現(xiàn)。

2024年10月29日北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院雷曉光教授及其團(tuán)隊(duì)在在Cell雜志（IF：45.5）上發(fā)表了題為“Structure-guided discovery of bile acid derivatives for treating liver diseases without causing itch”的研究文章，為我們揭示了一種全新的治療策略，這種策略旨在治療肝臟疾病而不引發(fā)瘙癢。這不僅是一個(gè)醫(yī)學(xué)突破，更是無(wú)數(shù)患者的福音。該研究通過(guò)靶向膽汁酸技術(shù)發(fā)現(xiàn)了患有膽汁淤積性肝病的患者體內(nèi)會(huì)積累3-硫酸化膽汁酸，這一發(fā)現(xiàn)為理解膽汁淤積性瘙癢的病理機(jī)制提供了關(guān)鍵線索。在這篇文章中，我們將帶您走進(jìn)科學(xué)家們的最新發(fā)現(xiàn)，探索他們是如何通過(guò)結(jié)構(gòu)引導(dǎo)的方式，發(fā)現(xiàn)一種新型膽汁酸衍生物——C7，可有效緩解肝臟疾病模型的肝損傷和纖維化，同時(shí)顯著減輕瘙癢癥狀，它有望成為治療肝臟疾病的新武器。

英文標(biāo)題：Structure-guided discovery of bile acid derivatives for treating liver diseases without causing itch

中文題目：結(jié)構(gòu)引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)用于治療肝臟疾病而不引起瘙癢的膽汁酸衍生物

發(fā)表期刊：Cell

影響因子：45.5

作者單位：北京大學(xué)

研究材料：血漿

組學(xué)技術(shù)：靶向膽汁酸

研究思路

圖1 研究思路圖（圖源：Yang, et al., Cell, 2024）

研究結(jié)果

01、3-硫酸化膽汁酸與膽汁淤積性瘙癢相關(guān)

在探討膽汁淤積性瘙癢癥的病理機(jī)制中，首先將重點(diǎn)放在了膽汁酸（BAs）代謝異常，尤其是3-硫酸化膽汁酸（BAs-3S）在患者血漿中的變化。通過(guò)液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（LC-MS/MS）技術(shù)，我們對(duì)瘙癢癥和無(wú)瘙癢癥膽汁淤積癥患者血漿中的28種膽汁酸進(jìn)行了定量分析，發(fā)現(xiàn)瘙癢癥患者血漿中BAs-3S水平顯著升高。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)利用FLIPR-Ca2+測(cè)定技術(shù)評(píng)估了不同膽汁酸對(duì)MRGPRX（hX4）受體的激活活性，并構(gòu)建了模擬患者血漿中3-硫酸化膽汁酸水平的人工混合物，結(jié)果表明3-硫酸化膽汁酸能顯著激活hX4受體，與膽汁淤積性瘙癢癥的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了3-硫酸化脫氧膽酸（DCA-3S）通過(guò)激活hX4受體誘導(dǎo)瘙癢行為的能力，效果優(yōu)于DCA。

圖2 3-硫酸BAs通過(guò)激活hX4促進(jìn)膽汁淤積癥患者的慢性瘙癢（圖源：Yang, et al., Cell, 2024）

02、hX4 的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)揭示了 BA 激活的機(jī)制

為了探究膽汁酸與hX4受體的相互作用，研究人員合成了DCA-3P，該化合物通過(guò)在DCA的3-OH羥基上添加磷酸基團(tuán)，顯著提高了對(duì)hX4受體的親和力，表現(xiàn)為更低的EC50值。冷凍電鏡結(jié)構(gòu)分析顯示，DCA-3P垂直嵌入hX4受體的結(jié)合口袋，形成穩(wěn)定結(jié)合。DCA-3P的磷酸基團(tuán)與hX4受體的關(guān)鍵氨基酸殘基形成強(qiáng)電荷相互作用，對(duì)激活hX4受體至關(guān)重要。突變這些殘基會(huì)顯著降低DCA-3P的激活活性。此外，DCA-3P的疏水區(qū)域與hX4受體的結(jié)合口袋中的氨基酸形成疏水相互作用，有助于穩(wěn)定結(jié)合。DCA-3P的羧基尾部與hX4受體的R241形成鹽橋相互作用，對(duì)穩(wěn)定結(jié)合也至關(guān)重要。分子動(dòng)力學(xué)模擬和突變實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了這些相互作用的關(guān)鍵性，表明R241在DCA-3P激活hX4受體中發(fā)揮著核心作用。

圖3 合理設(shè)計(jì)DCA-3P， X4DCA-3P的整體結(jié)構(gòu)，以及DCA-3P的裝訂袋

（圖源：Yang, et al., Cell, 2024）

03、奧貝膽酸（OCA） 通過(guò)激活 hX4 誘導(dǎo)瘙癢

OCA在治療肝病方面顯示出潛力，但其誘導(dǎo)的瘙癢副作用限制了其臨床應(yīng)用。為明確OCA激活瘙癢的受體機(jī)制，我們利用細(xì)胞功能實(shí)驗(yàn)和基因敲除小鼠模型評(píng)估OCA對(duì)不同MRGPRX受體的影響，結(jié)果顯示OCA選擇性激活hX4受體，而非其他人類(lèi)MRGPRX受體，從而介導(dǎo)瘙癢的發(fā)生。此外，OCA在hX4人類(lèi)化大鼠模型和人體受試者中均能誘導(dǎo)瘙癢行為，這進(jìn)一步證實(shí)了OCA誘導(dǎo)瘙癢的臨床相關(guān)性。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，OCA誘導(dǎo)的瘙癢并非通過(guò)TGR5或FXR的其他途徑介導(dǎo)。使用TGR5和FXR的激動(dòng)劑和拮抗劑進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，這些藥物并不能影響OCA誘導(dǎo)的瘙癢，從而排除了其他受體介導(dǎo)瘙癢的可能性。因此，可以得出結(jié)論，OCA誘導(dǎo)瘙癢的機(jī)制主要通過(guò)hX4受體，而非TGR5或FXR的其他途徑。

圖5 OCA通過(guò)激活hX4直接喚起瘙癢（圖源：Yang, et al., Cell, 2024）

04、OCA 衍生物 C7 具有降低瘙癢的潛力

考慮到OCA誘發(fā)瘙癢的潛在機(jī)制，研究人員希望開(kāi)發(fā)一種OCA的衍生物，該化合物在保持FXR激活作用的同時(shí)，減少對(duì)hX4受體的激活，以降低瘙癢等副作用。通過(guò)化學(xué)合成方法，研究人員從OCA中去除3-OH，成功合成了C7，并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和功能分析。研究結(jié)果表明，C7分子結(jié)構(gòu)中缺乏3-OH，因此無(wú)法與hX4受體結(jié)合，從而不會(huì)激活hX4受體，這為C7降低瘙癢副作用提供了分子層面的解釋。在hX4人類(lèi)化大鼠模型中，C7注射后未誘導(dǎo)瘙癢行為，與OCA注射后大鼠出現(xiàn)顯著瘙癢行為形成對(duì)比，證實(shí)了C7在動(dòng)物模型中預(yù)防瘙癢行為的潛力。此外，基因表達(dá)分析顯示C7能夠激活FXR，并上調(diào)與膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的基因表達(dá)，同時(shí)下調(diào)與膽汁酸合成和炎癥相關(guān)的基因表達(dá)，表明C7能夠有效調(diào)節(jié)肝膽功能和脂質(zhì)代謝，具有治療肝膽疾病的潛力。

圖6 合理設(shè)計(jì)OCA衍生物，減少瘙癢，但仍激活FXR

（圖源：Yang, et al., Cell, 2024）

圖7 C7調(diào)控FXR下游基因的表達(dá)

（圖源：Yang, et al., Cell, 2024）

05、C7 緩解膽汁淤積模型中的肝臟損傷和纖維化

C7作為一種膽汁酸衍生物，在緩解膽汁淤積模型中的肝臟損傷和纖維化方面展現(xiàn)出顯著效果。研究表明，C7和OCA均能下調(diào)與膽汁酸生物合成和急性炎癥反應(yīng)相關(guān)的基因表達(dá)，這表明它們可能對(duì)保護(hù)肝臟免受損傷具有積極作用。通過(guò)轉(zhuǎn)錄組分析比較C7和OCA對(duì)ANIT誘導(dǎo)的膽汁淤積模型大鼠肝臟基因表達(dá)的影響，結(jié)果證實(shí)了這一點(diǎn)。此外，C7和OCA還能顯著逆轉(zhuǎn)ANIT誘導(dǎo)的血清肝損傷標(biāo)志物水平的升高，包括總膽紅素、ALT和AST水平的降低，進(jìn)一步證實(shí)它們改善肝功能和保護(hù)肝臟免受損傷的能力。在組織病理學(xué)層面，C7顯著減輕了ANIT誘導(dǎo)的肝臟損傷和炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)，顯示其抗炎和修復(fù)肝臟損傷的潛力。在BDL模型中，C7減少了門(mén)脈纖維化，表明其抗纖維化作用。這些發(fā)現(xiàn)揭示了C7在改善膽汁淤積模型大鼠肝臟損傷和纖維化方面的多方面作用，為其作為治療肝膽疾病的潛在藥物提供了科學(xué)依據(jù)。通過(guò)這些研究，C7展示了其在治療肝病方面，既能改善肝功能，又能減輕瘙癢副作用的雙重潛力。

06、奧貝膽酸（OCA） 通過(guò)激活 hX4 誘導(dǎo)瘙癢

C7作為一種膽汁酸衍生物，在緩解NASH模型中的肝臟脂肪變性和纖維化方面展現(xiàn)出顯著效果。研究表明，C7和OCA均能顯著下調(diào)與膠原生成、纖維化進(jìn)展和脂質(zhì)生成相關(guān)的基因表達(dá)，這提示其可能具有抗炎和抗纖維化作用。通過(guò)轉(zhuǎn)錄組分析比較C7和OCA對(duì)TAA誘導(dǎo)的NASH模型大鼠肝臟基因表達(dá)的影響，結(jié)果證實(shí)了這一點(diǎn)。此外，C7和OCA顯著降低了TAA誘導(dǎo)的血清總膽紅素、ALT和AST水平，表明它們能夠改善NASH模型大鼠的肝功能，具有保護(hù)肝臟免受損傷的作用。在組織病理學(xué)層面，C7顯著減少了TAA誘導(dǎo)的肝臟損傷、纖維化和脂肪變性，顯示其抗炎、抗纖維化和改善肝臟脂肪變性的潛力。在HFD+CCl4模型中，C7也顯著降低了肥胖小鼠的血清甘油三酯和總膽固醇水平，進(jìn)一步提示其可能具有改善脂質(zhì)代謝的作用。這些研究結(jié)果表明，C7不僅能夠有效緩解NASH模型中的肝臟損傷和纖維化，還顯示出其在治療NASH的潛力，成為一種有前途的候選藥物。

圖8 在幾種動(dòng)物模型中，C7可減輕肝損傷、脂肪變性和纖維化

（圖源：Yang, et al., Cell, 2024）

小結(jié)

綜上所述，本研究揭示了膽汁酸在膽汁淤積性瘙癢中的作用機(jī)制，解析了膽汁酸激活hX4的分子基礎(chǔ)，確定了hX4是OCA誘導(dǎo)瘙癢的主要受體，其在激活FXR治療肝臟疾病的同時(shí)，避免了OCA誘導(dǎo)的瘙癢副作用。C7在多種肝臟疾病模型中表現(xiàn)出顯著的保護(hù)肝臟免受損傷、抗炎、抗纖維化和改善肝臟脂肪變性的作用，具有成為治療NASH等肝臟疾病的潛在藥物候選物的潛力。

拜譜小結(jié)

隨著Cell雜志上這項(xiàng)突破性研究的發(fā)表，膽汁酸在肝病治療中的新作用被發(fā)現(xiàn)，尤其是3-硫酸化膽汁酸在膽汁淤積性瘙癢癥中的關(guān)鍵角色。這項(xiàng)研究不僅深化了我們對(duì)膽汁酸作用的理解，更為肝病治療提供了新的策略和希望。隨著科學(xué)的進(jìn)步，我們?cè)絹?lái)越意識(shí)到膽汁酸在肝臟健康中的重要性。它們不僅是消化過(guò)程中的一環(huán)，更是調(diào)節(jié)肝臟功能和脂質(zhì)代謝的關(guān)鍵因子。因此，精準(zhǔn)地分析和調(diào)控膽汁酸水平，對(duì)于肝病的診斷和治療至關(guān)重要。

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參考文獻(xiàn)：

Yang J, Zhao TJ, Fan JP, Zou HB, Lan GY, Guo FS, Shi YC, Ke H, Yu HS, Yue ZW, Wang X, Bai YJ, Li S, Liu YJ, Wang XM, Chen Y, Li YL, Lei XG. Structure-guided discovery of bile acid derivatives for treating liver diseases without causing itch. Cell, 2024 Oct 29. doi: 10.1016/j.cell.2024.10.001