中药南木香中靶向ERK和TGF-beta/Smad信号通路对抗心肌纤维化的物质基础及作用机制研究

Cardiac fibrosis is considered as the major pathologic process of multiple cardiovascular diseases leading to cardiac dysfunction. The inhibition of cardiac fibrosis plays an important role in prevention and treatment of the cardiovascular diseases, which may reduce the risk of lethality of such diseases. The mechanism of cardiac fibrosis is very complex, and so far there is no targeted therapeutic drug for cardiac fibrosis. In our previous study, we found that a fraction of the crude extract of a Traditional Chinese Medicine-Aristolochia yunnanensis exhibited potent antifibrotic effects in both vitro and vivo models. Its mechanism was the inhibition of two important signaling pathways in cardiac fibrosis, ERK and TGF-beta/Smad. Preliminary chemical study revealed that this active fraction was consisted of a group of sesquiterpenoids including several new ones. The in vitro assay verified that several compounds exhibited selective inhibition of the phosphorylation of ERK1/2, being more active than the positive control PD98059. In this proposal, we are aiming to illustrate the chemistry of the active fraction, and to discover some active compounds both targetting ERK and TGF-beta/Smad signaling pathways against carbidac fibrosis. The action mechanism of the active compound will also be roughly explored. After structure-activity relationship study and structure modification, we hopefully find some drug leads, laying a solid foundation for antifibrotic drug research.

心肌纤维化是多种心血管疾病不断进展最终导致心脏功能障碍的一个重要病理过程。抑制心肌纤维化的发生发展是治疗心血管疾病的重要环节，对降低心血管疾病的致死风险具有重要意义。心肌纤维化作用机制十分复杂，目前尚未发现针对性的治疗药物。前期研究中，我们发现中药南木香的某一提取部位在细胞和动物水平具有显著的抗心肌纤维化活性，其作用机制为对心肌纤维化进程中两个关键信号通路ERK和TGF-beta/Smad的双重抑制。初步化学研究表明，该提取部位主要由大环倍半萜类构成，含多个新化合物，对MAPK信号通路中的ERK信号通路具有选择性的抑制作用，活性强于阳性对照药PD98059。本申请拟在此基础上深入研究南木香抗心肌纤维化活性部位的物质基础，发现靶向ERK和TGF-beta/Smad信号通路对抗心肌纤维化的活性分子并初步阐明其作用机制。通过构效研究、结构改造等为抗心肌纤维化候选药物的研发奠定基础。

心肌纤维化是多种心血管疾病不断进展的一个重要病理过程，目前尚未发现针对性的治疗药物。前期研究中，我们发现中药南木香的脂溶性提取部位在细胞和动物水平具有显著的抗心肌纤维化活性，其作用机制为对心肌纤维化进程中两个关键信号通路ERK和TGF-β/Smad的双重抑制。初步化学研究表明，该活性部位主要由大环倍半萜类构成，含多个新化合物。.本项目在此基础上：1）对该活性部位中所得的23个倍半萜单体进行了抗心肌纤维化的活性筛选，确证3个为有效成分。化合物在3-30 uM浓度下对纤维化指标蛋白具有明显的量效抑制作用,抗心肌纤维化的效果强于阳性对照药物氧化苦参碱。机制研究表明化合物12和20通过抑制TGF-β/Smad信号通路发挥抗心肌纤维化的功效（Phytotherapy Research. 2019, 33, 214-223. 独立通讯）。化合物23则可通过抑制细胞外钙内流，减少细胞内钙负荷，从而减弱纤维化反应（Archives of Pharmacal Research，2017，40, 122-130. 共同通讯）。.2）基于药材中量大成分南木香内酯，设计并合成了30个吉玛烷型倍半萜衍生物（29个为新化合物）。通过对该化合物库系统的活性筛选，发现了活性更优的抗心肌纤维化分子11，并阐明该类化合物的构效关系。基于腹主动脉缩窄(AAC)所致的大鼠心肌纤维化模型进行体内药效验证，发现化合物11在给药5 mg/kg/d的剂量下能够明显减轻SD模型鼠的心肌肥大和心肌纤维化，增加心脏功能，效果与10 mg/kg/d硝苯地平相当。机制研究表明，化合物11通过抑制激酶TGFβRI的活性(IC50 = 14.9 ± 1.6 nM)下调Smad3和Smad2的磷酸化水平，进而影响Smads的核内外分布，从而抑制TGF-β/Smad信号通路。TbetaRI为化合物11的潜在作用靶点。（Journal of Medicinal Chemistry, 2019, 62 , 7961-7975. 独立通讯，专利：一类以吉玛烷型倍半萜化合物及其药用组合物与制备方法和应用 受理号201910017951.2）上述研究阐明了中药南木香中抗心肌纤维化的物质基础，并通过结构改造获得了高活性的先导化合物，解析了该类倍半萜的构效、药效、机制，为开发一类新型的抗心肌纤维化药物提供了重要的基础