靶向PINK1的植物化学物：探索帕金森病治疗新途径的分子机制

《Biochemistry and Cell Biology》：Targeting PINK1 using phytochemicals: exploring molecular insights into Parkinson's disease therapeutics

本研究针对帕金森病(PD)中PINK1基因突变导致的线粒体自噬失调问题，通过计算机模拟技术筛选了2062种植物化学物与PINK1激酶域的相互作用。研究发现原花青素A-6、睡茄内酯Q和拟人参皂苷F11等化合物与PINK1具有高结合能和稳定相互作用，为开发新型PD植物疗法提供了理论依据。

　　

在神经退行性疾病研究领域，帕金森病(Parkinson's disease, PD)作为一种常见的慢性进行性神经系统疾病，正日益成为全球性的健康挑战。这种疾病最早由詹姆斯·帕金森医生在1817年描述为"震颤麻痹"，其特征是中脑黑质多巴胺能神经元的进行性退化，导致运动功能障碍。值得注意的是，约30%的家族性PD和3%-5%的散发性PD病例由单基因形式引起，其中PINK1(PTEN-induced putative kinase 1)基因突变是常染色体隐性PD的第二常见遗传病因。

PINK1基因位于染色体1p36.12位置，编码一个包含581个氨基酸的丝氨酸-苏氨酸激酶。在健康线粒体中，PINK1通过线粒体加工肽酶(mitochondrial processing peptidase, MPP)和早老素相关菱形样蛋白(presenilin-associated rhomboid like protein)的连续切割，最终形成位于线粒体外膜的52 kDa成熟蛋白。当线粒体受损时，PINK1会招募Parkin蛋白，共同启动线粒体自噬(mitophagy)过程，清除功能失调的线粒体。然而，PINK1功能丧失性突变会导致细胞毒性活性氧物种增加，最终引发PD。

目前PD的标准治疗是"多巴胺替代疗法"，但长期使用左旋多巴常伴随运动并发症。其他替代药物如多巴胺激动剂和单胺氧化酶B抑制剂也存在溃疡毒性和便秘等副作用。因此，寻找低毒性、高效的天然产物作为PD治疗新策略显得尤为重要。植物化学物作为植物的次级代谢产物，具有丰富的结构多样性和良好的生物相容性，在神经保护方面展现出巨大潜力。

在这项发表于《Biochemistry and Cell Biology》的研究中，印度泰米尔纳德农业大学的科研团队开展了一项创新性研究，旨在通过计算机辅助药物设计方法，筛选能够调节PINK1激酶活性的植物化学物。研究人员从Dr. Duke植物化学和民族植物学数据库及IMPPAT数据库中收集了2062种植物化学物，利用SwissADME服务器评估药物的类药性，并通过分子对接和分子动力学模拟技术，系统分析了这些化合物与人类PINK1激酶域的相互作用。

研究采用的关键技术方法包括：从AlphaFold数据库获取人类PINK1激酶域(145-581氨基酸)的三维结构；使用PyRx软件进行分子对接虚拟筛选；通过Schr?dinger公司的Desmond模块进行100纳秒分子动力学模拟；采用MM-PBSA(分子力学泊松-玻尔兹曼表面积)方法计算结合自由能。

分子对接研究揭示植物化学物在PINK1中的独特结合位点

研究人员通过分子对接发现，2062种植物化学物中，表茶黄酸-3'-没食子酸酯(Epitheaflavic acid 3′-gallate)显示出最强的结合亲和力(-10.2 kcal/mol)，而贾斯库马酸(Jascoumaric acid)的结合亲和力最弱(-1.9 kcal/mol)。前10种配体与PINK1的结合得分在-10.2至-9.2 kcal/mol之间，这些化合物被选择进行后续分析。值得注意的是，一些植物化学物结合在活性位点，而另一些则结合在活性位点后方的位点，提示可能存在不同的作用机制。

MD模拟研究揭示植物化学物结合位点的稳定性及PINK1激酶域的局部构象变化

通过对前10种化合物-PINK1复合物进行100纳秒的分子动力学模拟，研究人员发现大多数系统的RMSD(均方根偏差)和RMSF(均方根波动)都小于0.8 ?，表明系统具有良好稳定性。特别值得关注的是，系统7(PINK1-原花青素A-6复合物)显示出最高的结合能(-52.0 ± 19.9 kcal/mol)，且结合位点远离活性位点，提示其可能作为正构变构调节剂发挥作用。

具体而言，系统1(表茶黄酸-3'-没食子酸酯)和系统3((2R)-2-[(1S)-1-[(8R,9S,10R,13S,14R,17S)-14,17-二羟基-10,13-二甲基-1-氧代-4,7,8,9,11,12,15,16-八氢环戊[a]菲-17-基]-1-羟乙基]-4,5-二甲基-2,3-二氢吡喃-6-酮)结合在活性位点附近，并与Asp384和Lys364等关键催化残基发生相互作用，表明它们可能是有效的PINK1抑制剂。而系统4(睡茄内酯Q)、系统7(原花青素A-6)和系统9(拟人参皂苷F11)则结合在远离活性位点的区域，且不涉及催化残基，提示它们可能作为变构调节剂发挥作用。

讨论

研究表明，原花青素A-6(发现于七叶树)、睡茄内酯Q(来源于睡茄)和拟人参皂苷F11(来自人参)等植物化学物具有作为PINK1激酶活性正调节剂的潜力。这些化合物不仅显示出较高的结合亲和力，而且在模拟过程中表现出良好的稳定性。特别值得注意的是，原花青素A-6的结合能(-52.0 ± 19.9 kcal/mol)显著高于其他化合物，表明其具有最强的调节作用。

这些植物化学物已知具有抗氧化活性或神经保护作用，且具有良好的类药性质，适合进一步进行药物设计和开发。例如，原花青素具有重要的抗氧化活性，对神经退行性疾病中的神经元保护至关重要；睡茄内酯Q可能通过抗氧化和抗炎作用提供神经保护益处；而拟人参皂苷F11作为一种稀有人参皂苷，已显示出抗炎和抗阿尔茨海默病作用。

结论

植物王国一直是人类药物开发的重要来源。从太平洋紫杉树皮中分离出的紫杉醇，到从斐济药用植物Bleekeria vitensis中提取的椭圆烯衍生物，再到从马达加斯加长春花中分离出的长春碱，植物化学物在药物开发史上取得了显著成功。2015年诺贝尔生理学或医学奖授予屠呦呦，以表彰她从青蒿中发现抗疟药物青蒿素和二氢青蒿素的突破性成就，进一步证明了植物化学物的医疗价值。

本研究通过计算机模拟方法，从2062种植物化学物中筛选出与PINK1激酶域具有高亲和力结合的候选化合物。研究结果表明，原花青素A-6、睡茄内酯Q和拟人参皂苷F11具有作为PINK1蛋白正调节剂的潜力，可能有助于缓解PD症状和其他涉及PINK1的线粒体疾病。这些发现为后续的体外、体内和临床研究奠定了基础，有望验证这些选定植物化学物作为PD潜在治疗方法的有效性。

然而，这些植物化学物作为PD治疗的成功应用还将取决于药物递送系统的效率，特别是纳米技术的进步。最终，使用适当的PD模型进行体内研究将有助于验证这些计算机模拟发现是否确实能够调节激酶活性和线粒体自噬。这项研究为开发基于天然产物的PD治疗新策略提供了重要的理论依据和实验基础。