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癌症和新冠肺炎是当今世界上最严重的两种疾病,给人类的健康和生命带来了巨大的威胁。目前,尽管有许多药物和疫苗在开发和使用中,但仍然没有找到一种能够有效治愈和预防这两种疾病的方法。因此,寻找新的药物来源和作用机制是科学家们的重要任务。
在自然界中,有一些植物具有抗癌和抗病毒的活性成分,其中一种就是青蒿素(artemisinin)。青蒿素是从一种叫作青蒿(Artemisiaannua)的植物中提取出来的一种化合物,它主要用于治疗疟疾,因为它可以杀死引起疟疾的寄生虫。青蒿素的发现者,中国科学家屠呦呦,因此获得了年诺贝尔生理学或医学奖。
除了青蒿素之外,青蒿还含有另一种化合物,叫作青蒿醇B(arteannuinB),它也具有抗癌和抗新冠的活性。然而,青蒿醇B的作用机制和提取方法还不太清楚,这限制了它在药物开发中的应用。为了解决这个问题,美国德克萨斯大学圣安东尼奥分校(UTSA)的一些来自生物化学、化学和生物学领域的研究人员进行了一项跨学科的合作研究,揭示了青蒿醇B在癌细胞和新冠病毒中的作用机制,并探索了如何从植物中高效地提取这种化合物。
首先,研究人员使用了一种叫做液相色谱-质谱联用(liquidchromatography-massspectrometry,LC-MS)的技术,分析了从青蒿中提取出来的不同部位(茎、叶、花)和不同品种(野生型、转基因型)的样品中青蒿醇B的含量。他们发现,青蒿醇B主要存在于青蒿的花朵中,而且转基因型的青蒿含有更高浓度的青蒿醇B。
然后,研究人员使用了一种叫做分子对接(moleculardocking)的技术,模拟了青蒿醇B与癌细胞和新冠病毒中的关键酶之间的结合情况。他们发现,青蒿醇B可以抑制一类叫做半胱氨酸蛋白酶(cysteineproteases)的酶,这些酶在癌细胞和新冠病毒中都过度表达,并且参与了癌细胞增殖和新冠病毒复制的过程。
具体来说,青蒿醇B通过一种叫做硫醇-迈克尔加成(thiol-Michaeladdition)的反应,与半胱氨酸蛋白酶的活性位点中的一个硫醇基团(-SH)发生共价结合,从而阻止了半胱氨酸蛋白酶对其他蛋白质的水解作用。这种作用机制与青蒿素不同,因为青蒿素是通过与活性位点中的一个铁原子(Fe)发生反应,产生自由基而杀死寄生虫的。
最后,研究人员使用了一种叫做超临界流体萃取(supercriticalfluidextraction,SFE)的技术,从青蒿中提取出青蒿醇B。这种技术利用了一种处于超临界状态(既不是液体也不是气体)的流体(通常是二氧化碳)作为溶剂,可以在较低的温度和压力下,高效地从植物中分离出目标化合物,而且不会产生有毒的残留物。研究人员发现,使用SFE技术可以从青蒿中提取出比传统方法更高纯度和更高收率的青蒿醇B。
结语这项研究为从植物中提取抗癌和抗新冠的化合物提供了新的思路和方法,也为青蒿醇B在药物开发中的应用增加了可能性。研究人员表示,他们希望能够进一步研究青蒿醇B对不同类型的癌细胞和新冠病毒的作用效果,并且探索如何最佳地将这种化合物输送和靶向到病变部位,以期实现有效的治疗和预防。
Varela,Kaitlyn,etal."InhibitionofCysteineProteasesviaThiol-MichaelAdditionExplainstheAnti-SARS-CoV-2andBioactivePropertiesofArteannuinB."JournalofNaturalProducts86.7():-.