Nature Communications：揭示青蒿素强力疟原虫杀灭效果的机制

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2015年12月24日--来自新加坡国立大学（National University of Singapore，NUS）的研究团队解开了青蒿素强力疟原虫杀灭效果背后的谜团。青蒿素被认为是抵御疟疾的最后一道防线，鉴于其耐药性的出现，这些发现可能导向新疗法的设计，从而对抗耐药性寄生虫。

该研究领导者之一、NUS理学院生物科学系助理教授Lin Qingsong解释说：“很多人没有意识到，与凶猛的动物比如狮子和鲨鱼相比，小蚊子和疟原虫每年夺去的人类生命更多。疟原虫感染后，会在人体内快速繁殖并在短时间内消耗高达80%的红细胞，导致一系列致命性症状。”

世界卫生组织认为，大约有32亿人——几乎是世界人口的一半——面临被疟疾侵袭的风险。截至2015年9月，据估计今年就有2.14亿人罹患疟疾，其中43.8万人死亡。

青蒿素及其衍生物是目前最有效的抗疟疾药物。为了承认它在对抗疟疾方面的重要性，青蒿素的发现者——中国科学家屠呦呦女士，获得了2015年诺贝尔生理学或医学奖。虽然针对青蒿素已经进行了广泛的研究，但人们对该药物的机制依然不是很清楚。

Lin与Wang Jigang博士、Kevin Tan副教授及他们的研究团队发现了超过120个青蒿素的蛋白质靶点和激活它强力杀灭效果的机制。相关结果2015年12月22日发表于《自然通讯（Nature Communications?）》期刊。

青蒿素如何发挥作用

之前的研究仅仅识别出青蒿素的两个靶点，但它们与该药物强力杀灭效果的相关性存在质疑。NUS团队最新的研究识别出青蒿素对抗恶性疟原虫（Plasmodium falciparum，最致病的疟原虫）的124个蛋白质靶点。

“疟原虫对青蒿素的耐药性正在成为新兴问题，特别是在东南亚。我们的研究可能有助于设计更好的抗疟疾药物和治疗策略”Tan说道。

新识别的蛋白质靶点中，有许多会参与疟原虫的基本生物过程，因而解释了青蒿素强力的杀灭效果。通过其混杂性靶向机制，青蒿素针对疟原虫的嗜血属性同时结合广泛的靶点，严重扰乱这种寄生虫的生物化学（过程）。

该研究还表明，青蒿素的主要激活剂是血红素。血红素是一种特定的含铁化合物，由疟原虫在其早期发育环状体期生物合成，或者来自于较后阶段的血红蛋白消化。

在疟原虫环状体期，青蒿素的激活水平要低得多，因为青蒿素激活需要血红素，而这个阶段血红素的丰度较低并且是由疟原虫生物合成的。相比之下，在生命周期的后期阶段，疟原虫会在受感染的血细胞中积极消化血红蛋白作为主要能源来源。这会释放出大量的血红素，青蒿素因此能够特定响应疟原虫感染的细胞并有效攻击这些致病性寄生虫。

为对抗疟疾的新治疗策略铺平道路

Lin补充道：“最新的发现不仅提供了关于青蒿素及其衍生物如何发挥作用的更完整的图景，而且还暗示了使用该药物的新方法。例如，为了增加药物在环状体期的激活，我们可以探索提高疟原虫中血红素生物合成的水平。通过对血红蛋白消化释放大量血红素从而在较后阶段带来有效杀灭机制的理解，我们还可以考虑延长治疗时间，以确保药物能够通过多个周期有效地杀死疟原虫。”

该团队将与NUS化学与生物分子工程系的研究人员建立合作，共同开发具有更特定靶向属性的新型青蒿素类似物。

“向前推进，结构生物学和物理化学研究将帮助我们理解该药物如何精确地结合到其蛋白质靶点以及这些修饰如何影响蛋白质的结构和功能”Wang说道。

本文来源：生物谷

doi:10.1038/ncomms10111

http://www.nature.com/ncomms/2015/151222/ncomms10111/full/ncomms10111.html

Haem-activated promiscuous targeting of artemisinin in?Plasmodium falciparum

The mechanism of action of artemisinin and its derivatives, the most potent of the anti-malarial drugs, is not completely understood. Here we present an unbiased chemical proteomics analysis to directly explore this mechanism in?Plasmodium falciparum. We use an alkyne-tagged artemisinin analogue coupled with biotin to identify 124 artemisinin covalent binding protein targets, many of which are involved in the essential biological processes of the parasite. Such a broad targeting spectrum disrupts the biochemical landscape of the parasite and causes its death. Furthermore, using alkyne-tagged artemisinin coupled with a fluorescent dye to monitor protein binding, we show that haem, rather than free ferrous iron, is predominantly responsible for artemisinin activation. The haem derives primarily from the parasite’s haem biosynthesis pathway at the early ring stage and from haemoglobin digestion at the latter stages. Our results support a unifying model to explain the action and specificity of artemisinin in parasite killing.