幽(you)門(men)螺桿菌（Helicobacter pylori, H. pylori）是胃部常(chang)見的(de)致(zhi)病(bing)細(xi)菌，與胃病(bing)及癌癥(zheng)密切(qie)相(xiang)關。傳統抗生素治(zhi)療(liao)面臨耐(nai)藥(yao)問(wen)題，尤其在發(fa)(fa)展中國家尤為嚴重。黃連堿（BBR）與常(chang)規治(zhi)療(liao)聯合可提高根除率，但其抑(yi)菌效果有限，需要進一(yi)步開(kai)發(fa)(fa)新(xin)的(de)治(zhi)療(liao)藥(yao)物。
2024年7月8日，中國醫學科學院北京協和醫學院藥物研究所蔣建東院士團隊在期刊Signal Transduct Target Ther（IF=40.8）上發(fa)表了(le)題為“A deep learning-driven discovery of berberine derivatives as novel antibacterial against multidrug-resistant Helicobacter pylori”的研究文章，基于深(shen)度學習（Deep Learning）和(he)蛋白質組學發(fa)現黃連素衍生物8-O作為針對多重(zhong)耐藥H. pylori的新(xin)型抗菌劑(ji)，而且具有較(jiao)低的細胞(bao)毒(du)性(xing)和(he)令人滿意的急性(xing)口服毒(du)性(xing)，為臨(lin)床(chuang)治療提供(gong)了(le)新(xin)的選擇。
青蓮(lian)百奧為(wei)該(gai)研究(jiu)提供(gong)藥物靶點發現的蛋(dan)白質譜(pu)檢測和分(fen)析服務。
利用分子指(zhi)紋和圖嵌入技術(shu)將化合(he)物結構轉化為數(shu)值向量(liang)，用于模型(xing)訓練。
數據預處理：清洗并格式化化合物數據，適配模(mo)型輸入。
預(yu)訓練與微(wei)調：在(zai)PubChem數據庫(ku)上(shang)(shang)預(yu)訓練模(mo)型，后在(zai)H. pylori數據集上(shang)(shang)微(wei)調。
活(huo)性預測：預測化合物對H. pylori的抗菌活(huo)性。
體外抗菌(jun)實驗：測定8-O的(de)最小抑制濃度（MIC值）。
細胞毒性測(ce)試：MTT法評估8-O對細胞的毒性。
體內藥代動(dong)力學研究：分析小鼠口服8-O后的濃度(du)變化。
急性口(kou)服毒性測試：確(que)定(ding)8-O的半數(shu)致(zhi)死(si)劑(ji)量(liang)（LD50值）。
連續傳代測試：評(ping)估8-O誘導耐(nai)藥性的能力(li)。
體內抗菌效果評估：在小鼠模型(xing)中評估8-O的治療效果。
腸道菌(jun)群(qun)(qun)分(fen)析：分(fen)析8對(dui)小鼠(shu)腸道菌(jun)群(qun)(qun)的影響。
ABPP：鑒定8-O的直接作用靶點。
免疫印跡/CETSA/SPR/分子對(dui)接：確(que)定8-O與(yu)靶蛋白的相互作用及(ji)結合位點。
轉(zhuan)錄組(zu)分析：分析8-O對H. pylori基(ji)因表(biao)達的影響。
蔣建(jian)東院(yuan)士團隊在研究中(zhong)采(cai)用(yong)了(le)深(shen)度學習模(mo)(mo)型，這一模(mo)(mo)型基(ji)于(yu)分(fen)子指(zhi)紋(wen)特征(zheng)和分(fen)子圖嵌入，通過(guo)預訓(xun)練和微調過(guo)程，成功預測了(le)新(xin)型黃連堿衍生(sheng)物作為抗多重耐藥(yao)幽門螺桿菌的(de)候選分(fen)子。研究中(zhong)，團隊首先從ChEMBL數(shu)據庫收集(ji)了(le)801個具有抗H. pylori活性的(de)化(hua)合(he)物，以及(ji)137個自建(jian)的(de)BBR衍生(sheng)物，構建(jian)了(le)938個化(hua)合(he)物的(de)訓(xun)練集(ji)。此外，還利用(yong)了(le)PubChem數(shu)據庫中(zhong)的(de)大規模(mo)(mo)生(sheng)物測定(ding)數(shu)據進行模(mo)(mo)型的(de)預訓(xun)練。通過(guo)這一創新(xin)的(de)深(shen)度學習驅動的(de)發現方法(fa)，團隊鑒定(ding)了(le)化(hua)合(he)物8。
深度學習(xi)模(mo)型創新發現化合物8（8-O）
8-O作為一種新(xin)型抗(kang)菌化合物，在(zai)體外對多重耐藥(yao)幽門(men)螺桿菌表(biao)現出高(gao)效(xiao)的抗(kang)菌活(huo)性，具有(you)優異的最小(xiao)抑制(zhi)濃度（MIC值）。體內藥(yao)代動力學研(yan)究表(biao)明(ming)，8-O在(zai)小(xiao)鼠胃中具有(you)良(liang)好的持久性，24小(xiao)時(shi)后(hou)濃度依(yi)然遠高(gao)于MIC。它(ta)在(zai)細胞層面的低毒性和高(gao)安全性，以(yi)及在(zai)急性口服毒性測(ce)試中的高(gao)半數致死劑量（LD50值），均證(zheng)明(ming)了(le)其作為潛在(zai)治療藥(yao)物的可(ke)靠性。此外，8-O在(zai)連(lian)續(xu)傳代測(ce)試中顯(xian)示出的低耐藥(yao)性風險(xian)，為開發(fa)新(xin)型抗(kang)菌藥(yao)物提供(gong)了(le)一個(ge)安全且效(xiao)果顯(xian)著(zhu)的新(xin)選擇。
8-O藥效顯著(zhu)
通過(guo)蛋(dan)白(bai)質組學技術(shu)ABPP發現8-O通過(guo)精準靶向(xiang)幽門螺(luo)桿菌(jun)(jun)的(de)關鍵(jian)蛋(dan)白(bai)SecA（ATP水解酶(mei)）和BamD（細菌(jun)(jun)外(wai)(wai)膜蛋(dan)白(bai)β-桶狀裝配機(ji)器BAM復合(he)物亞基），有效干擾了(le)細菌(jun)(jun)外(wai)(wai)膜蛋(dan)白(bai)的(de)運輸和組裝過(guo)程，導致外(wai)(wai)膜完整性受(shou)損(sun)，抑制了(le)細菌(jun)(jun)的(de)生長。
ABPP精準鑒定作用(yong)靶(ba)點
研究(jiu)中對(dui)8-O的(de)(de)靶(ba)點(dian)(dian)驗證采用(yong)(yong)了(le)(le)多(duo)種(zhong)生物學技(ji)術(shu)，首(shou)先通過免疫(yi)印跡分(fen)析(xi)確認了(le)(le)8-O與H. pylori中的(de)(de)SecA和(he)BamD之(zhi)間(jian)(jian)的(de)(de)特異性(xing)相(xiang)(xiang)互作用(yong)(yong)。隨后(hou)，表面等離子共振(zhen)（SPR）技(ji)術(shu)提供了(le)(le)8-O與這(zhe)些靶(ba)標蛋白結合(he)的(de)(de)親和(he)力(li)定量數據。細胞(bao)熱(re)位移分(fen)析(xi)（CESTA）進一步(bu)評估了(le)(le)8-O對(dui)SecA和(he)BamD蛋白熱(re)穩定性(xing)的(de)(de)影響，從而(er)驗證了(le)(le)它們之(zhi)間(jian)(jian)的(de)(de)直接(jie)(jie)結合(he)。定點(dian)(dian)突(tu)變(bian)分(fen)析(xi)揭示了(le)(le)與8-O結合(he)的(de)(de)關鍵(jian)氨基酸殘(can)基，這(zhe)些殘(can)基在SecA和(he)BamD中起著至關重要的(de)(de)作用(yong)(yong)。轉錄組分(fen)析(xi)顯示8-O能夠調(diao)控H. pylori中與外膜蛋白（OMPs）相(xiang)(xiang)關的(de)(de)基因表達，這(zhe)間(jian)(jian)接(jie)(jie)支持了(le)(le)SecA和(he)BamD作為功能靶(ba)點(dian)(dian)的(de)(de)相(xiang)(xiang)關性(xing)。綜(zong)合(he)這(zhe)些實(shi)驗結果，確立了(le)(le)8-O的(de)(de)作用(yong)(yong)機制：通過靶(ba)向(xiang)SecA和(he)BamD，干(gan)擾H. pylori的(de)(de)OMPs轉運和(he)組裝，最終(zhong)抑制細菌生長。
蔣建東院士團隊運用深(shen)度學習(xi)模型發現了黃連(lian)素衍生物(wu)(wu)8-O，該化合物(wu)(wu)在體外對(dui)耐(nai)藥幽門螺桿(gan)菌具有高(gao)效(xiao)抗菌活性，體內藥代動力(li)學研究顯示其在胃中持久且(qie)安(an)全。基于蛋白質組(zu)學的ABPP技術發現8-O通過靶向SecA和(he)BamD蛋白干擾細菌外膜蛋白組(zu)裝(zhuang)，展現低耐(nai)藥性和(he)對(dui)腸(chang)道菌群的溫(wen)和(he)影響，為(wei)耐(nai)藥幽門螺桿(gan)菌治療(liao)提供了一種新的有效(xiao)策略。
【參考文獻】
[1] Guo X, Zhao X, Lu X, et al. A deep learning-driven discovery of berberine derivatives as novel antibacterial against multidrug-resistant Helicobacter pylori [J]. Signal Transduction and Targeted Therapy, 2024, 9(1).
