肝纤维化是慢性肝损伤和炎症的常见病理结果,是导致慢性肝病进展为肝硬化和肝细胞癌的关键中间阶段。虽然早期纤维化是可逆的,但持续的纤维化会导致不可逆的结构改变和肝功能衰竭。目前,全球有8.44亿人患有慢性肝病,每年导致200万人死亡,造成巨大的健康和经济负担。
当前临床手段多针对原发病因进行控制;即便病因解除,已经发生的纤维化依旧会持续进展。现有的非侵入性血清学或影像学评估诊断精度有限,而肝活检作为临床金标准,具有侵入性且不适用于长期监测。因此,迫切需要灵敏、微创的诊断策略和机制驱动的抗纤维化疗法。
近期,中国药科大学许风国/田蒋为团队在国际知名期刊Nature Communication(IF:18.1)上在线发表文章Molecular imaging-guided discovery of a potent natural FAPα inhibitor for liver fibrosis therapy,该项研究开发了一种可以无创实时可视化FAPα活性的近红外荧光/光声双模态探针Cs‑FAP,并从传统中药苏木产物中筛选得到一种FAPα抑制剂,苏木查尔酮(Sappanchalcone,Sap)。体内外实验均表明Sap可以靶向抑制FAPα,通过FAPα‑PI3K‑AKT信号轴抑制肝星状细胞活化、增殖、迁移、侵袭,缓解肝纤维化损伤。

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主要实验结果
团队基于IR780染料改造得到半菁母核Cs,随后偶联FAPα特异性识别底物肽Cbz‑Gly‑Pro,得到近红外荧光/光声双模态探针Cs‑FAP。Cs‑FAP可以在细胞和动物中特异性地监测FAPα活性。
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响应原理:未被酶切时探针的荧光和光声信号都处于淬灭状态;FAPα特异性水解Cs-FAP后可以释放出荧光母核Cs,同时开启近红外荧光(765 nm)与光声(725 nm)双重信号输出。
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体外实验:Cs‑FAP对FAPα灵敏度高,荧光检测限为0.667 ng/mL,光声检测限为 0.19 μg/mL;同时对其他蛋白酶、活性小分子几乎无应答,特异性很高。
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光谱、HPLC、TDDFT计算和分子对接共同验证了酶切激活机制,确认探针可以进入FAPα催化口袋,由Ser624等关键残基介导水解反应。
双模态的优势:荧光成像灵敏度高;光声成像拥有更深组织穿透和三维解析能力,二者互补,弥补单一模态探针在活体肝脏成像中的短板。

研究团队选用人肝星状细胞LX‑2为主要模型,通过TGFβ诱导上调FAPα表达。
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毒性:CCK‑8实验显示Cs-FAP在0‑50 μM范围内对多种细胞毒性极低。
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功能验证:TGF‑β浓度升高,Cs‑FAP荧光信号剂量依赖性上升;siRNA敲低FAPα之后探针信号显著下降,证明细胞内信号完全依赖FAPα表达。
这些实验说明Cs‑FAP可以可靠检测活细胞内FAPα酶活性,适合后续高通量药物筛选。

研究团队随后构建肝缺血再灌注损伤(HIRI)、胆管结扎BDL、四氯化碳 CCl4三种完全不同病因的肝纤维化小鼠模型,用于探究Cs‑FAP在动物水平上的效果。
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安全性:静脉注射Cs‑FAP后肝肾功能和主要脏器均无明显异常,探针注射后主要富集于肝脏,30 min信号达到顶峰。
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成像能力验证:随纤维化病程加重,肝脏的荧光、光声信号同步升高;探针信号与羟脯氨酸、Masson、天狼星红染色、α‑SMA免疫荧光的纤维化指标高度相关。
Cs‑FAP可以无创动态追踪肝纤维化进展,为药效的在体实时评价提供了可靠工具。

研究团队建立了从中药提取物库筛选FAPα抑制剂的完整流程:
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初筛:首先通过体外酶活实验从95种药用植物提取物筛选得到16个阳性提取物;
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复筛:利用高内涵成像在TGF‑β激活的LX‑2细胞中进一步评估;随后在3D肝微组织(HepaRG + LX‑2 + HUVEC共培养球状体)这一更贴近生理环境的模型中进行验证;最终锁定苏木提取物活性最强。
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通过制备型HPLC分离苏木组分,经过多轮活性追踪并结合HPLC‑QTOF‑MS/MS鉴定;购买商品化单体进行复筛,最终锁定低毒性苏木查尔酮(Sappanchalcone, Sap)为目标化合物。

团队开展了体外靶点确证与细胞功能实验:
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表面等离子体共振SPR测得Sap与FAPα结合KD≈3.88 μM;CETSA实验证明Sap在活细胞内结合并稳定FAPα蛋白;分子对接和分子动力学模拟揭示了Sap 结合FAPα底物口袋,竞争性抑制酶活。
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细胞水平:Sap可以下调FAPα活性与蛋白表达,抑制LX‑2增殖、迁移、侵袭;同时下调纤维化标志基因ACTA2、COL1A1、COL3A1;效果优于阳性对照秋水仙碱。

研究人员分别在CCl4、BDL胆管结扎、HIRI缺血再灌注损伤三套小鼠模型评价Sap体内药效:
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血清肝功能ALT/AST以及肝组织羟脯氨酸结果提示:Sap剂量依赖性改善肝损伤、减少胶原沉积。
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组织病理H&E、Masson、天狼星红染色显示:Sap能够减轻肝脏结构的破坏,抑制I、III型胶原堆积。
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对比阳性药物秋水仙碱、FAPα抑制剂UAMC1110:Sap在多个模型中表现更优;值得注意的是,UAMC1110在BDL模型中改善效果十分有限,而Sap仍展现显著抗纤维化药效。
活体Cs‑FAP探针成像结果和组织病理结果高度吻合,进一步佐证药效。

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药代动力学:腹腔给药Sap吸收快速,肝脏优先富集,肝脏内滞留时间较长,适合肝脏疾病干预;血浆蛋白结合率中等。急性、长期毒性实验提示Sap安全性良好。
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转录组分析:对CCl4模型小鼠肝脏进行转录组测序,模型组中大量ECM重构和炎症相关基因上调;Sap处理后能够逆转大部分纤维化相关基因的表达。KEGG富集分析提示PI3K‑AKT通路被显著抑制。
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WB证实:Sap处理后,肝脏组织中PI3K、AKT磷酸化水平明显下降。
综上所述,团队提出完整机制模型:Sap可以靶向抑制FAPα,进而下调PI3K‑AKT信号通路,抑制肝星状细胞活化、增殖迁移,最终缓解肝纤维化。

研究结论
简而言之,本项研究取得了两个重要进展:首先,Cs-FAP作为一种双模态分子影像工具,实现了FAPα活性的灵敏特异性检测,为肝纤维化监测和抗纤维化药物高通量筛选提供了可靠平台。其次,研究鉴定了Sappanchalcone (Sap)作为一种高效的FAPα抑制剂,不仅为肝纤维化治疗提供了有前景的候选药物,也为未来FAPα抑制剂的开发提供了新的查尔酮类骨架。Cs‑FAP诊断与Sap治疗相结合的策略,为解决肝纤维化问题提供了全面的精准医学平台,在基础研究和临床转化方面具有巨大潜力。




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