該團(tuán)隊(duì)前期的研究表明，BBR口服后主要分布在肝臟，肝臟是能量代謝的主要器官。鑒于線(xiàn)粒體在細(xì)胞代謝中的上游調(diào)控作用，我們的研究重點(diǎn)是BBR在肝臟線(xiàn)粒體中的分子機(jī)制。在本研究中，我們首次發(fā)現(xiàn)線(xiàn)粒體中的Sirtuin 3 （SIRT3）似乎是BBR的主要結(jié)合靶點(diǎn)。

2025年6月6日，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)藥生物技術(shù)研究所蔣建東院士/彭宗根研究員團(tuán)隊(duì)在Sci China Life Sci（IF 9.5）發(fā)表了題為“Berberine dissociates mitochondrial complex I by SIRT3-dependent deacetylation of NDUFS1 to improve hepatocellular glucose and lipid metabolism”的文章，發(fā)現(xiàn)小檗堿通過(guò)SIRT3依賴(lài)性NDUFS1去乙�；怆x線(xiàn)粒體復(fù)合物I以改善肝細(xì)胞糖脂代謝。

摘要

許多代謝性疾病由于復(fù)合物I （complex I， CI）功能障礙而表現(xiàn)出線(xiàn)粒體異常。因此，靶向CI的藥物的發(fā)現(xiàn)具有很大的意義。小檗堿（BBR）是一種植物制劑，已被納入最新的ESC/EAS血脂異常管理指南。在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)BBR在口服給藥后進(jìn)入肝細(xì)胞線(xiàn)粒體，并通過(guò)降低肝細(xì)胞的氧化磷酸化來(lái)改善糖和脂代謝。BBR不是通過(guò)直接抑制CI酶活性，而是通過(guò)解離CI減少線(xiàn)粒體中CI的豐度，從而快速、選擇性、可逆性地抑制CI功能。BBR直接結(jié)合并激活Sirtuin 3 (SIRT3)，從而減少CI n模塊中催化亞基NDUFS1的乙�；瑢�(dǎo)致線(xiàn)粒體CI的解離。綜上所述，BBR作為一種線(xiàn)粒體歸巢劑，通過(guò)sirt3依賴(lài)的NDUFS1去乙�；�，選擇性地、可逆性地分離線(xiàn)粒體CI，從而改善肝細(xì)胞的糖和脂代謝，表明CI可能是一個(gè)有希望的創(chuàng)新天然產(chǎn)物治療代謝性疾病的靶點(diǎn)。

1.BBR在體外和體內(nèi)均可輕易進(jìn)入肝細(xì)胞線(xiàn)粒體

這些結(jié)果表明BBR口服后確實(shí)有利于肝線(xiàn)粒體。然而，BBR從外膜有效轉(zhuǎn)運(yùn)到線(xiàn)粒體的細(xì)胞機(jī)制以及線(xiàn)粒體中是否存在BBR的特定區(qū)域需要進(jìn)一步研究

圖1 BBR在體外和體內(nèi)均可輕易進(jìn)入肝細(xì)胞線(xiàn)粒體

2.BBR通過(guò)降低線(xiàn)粒體氧化磷酸化改善肝細(xì)胞糖脂代謝

BBR可能通過(guò)直接抑制肝臟線(xiàn)粒體中OXPHOS，從而調(diào)節(jié)肝細(xì)胞糖脂代謝

圖2 BBR通過(guò)降低線(xiàn)粒體氧化磷酸化改善肝細(xì)胞糖脂代謝

3.BBR以選擇性和可逆的方式快速抑制CI功能

圖3 BBR以選擇性和可逆的方式快速抑制CI功能

4.抑制CI功能對(duì)BBR改善肝細(xì)胞代謝至關(guān)重要

線(xiàn)粒體CI是BBR重塑糖/脂代謝表型的關(guān)鍵反應(yīng)元件，至少在肝細(xì)胞中是如此

圖4抑制CI功能是BBR改善肝細(xì)胞代謝的關(guān)鍵

5.BBR不直接抑制肝細(xì)胞內(nèi)CI酶活性

BBR可能具有非經(jīng)典機(jī)制，這與經(jīng)典的CI抑制劑通過(guò)直接相互作用于CI中的電子傳遞不同

圖5 BBR不直接抑制肝細(xì)胞內(nèi)CI酶活性

6.BBR通過(guò)解離線(xiàn)粒體CI抑制線(xiàn)粒體CI活性

結(jié)果進(jìn)一步表明BBR通過(guò)減少線(xiàn)粒體中完整的CI數(shù)量來(lái)抑制CI。

圖6 BBR通過(guò)解離線(xiàn)粒體CI抑制線(xiàn)粒體CI活性

7.BBR通過(guò)sirt3介導(dǎo)的NDUFS1去乙�；饔媒怆xCI

圖7 BBR通過(guò)sirt3介導(dǎo)的NDUFS1去乙�；饔媒怆xCI

8.BBR直接結(jié)合并激活線(xiàn)粒體SIRT3

為了探究BBR激活腦梗死復(fù)合體中SIRT3的機(jī)制，我們研究了BBR是否直接與SIRT3結(jié)合。BBR處理L-02細(xì)胞2 h后，細(xì)胞熱位移測(cè)定（CETSA）結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，BBR顯著增加SIRT3的熱穩(wěn)定性，SIRT3的熱熔解曲線(xiàn)右移（圖8A）證明了這一點(diǎn)。此外，SIRT3的藥物親和力反應(yīng)靶點(diǎn)穩(wěn)定性（drug affinity responsive target stability，DARTS） 結(jié)果表明，與沒(méi)有BBR處理的對(duì)照組相比，BBR增加了SIRT3的酶的穩(wěn)定性（圖8B）。此外，表面等離子體共振（SPR）實(shí)驗(yàn)顯示BBR和SIRT3之間存在直接相互作用，親和平衡解離常數(shù)（KD）值為1.72 μmol L?1（圖8C）。

然后，我們?cè)隗w外酶反應(yīng)系統(tǒng)中研究了BBR是否直接激活SIRT3。我們觀察到10 nmol L - 1 BBR可直接增加重組人SIRT3 （rhSIRT3）蛋白的酶活性（圖8D）。然而，值得注意的是，這一增長(zhǎng)相對(duì)溫和。在細(xì)胞和體內(nèi)環(huán)境中可能產(chǎn)生更明顯的反應(yīng)。在使用Autodock Vina v1.2.2進(jìn)行的分子對(duì)接分析中，我們觀察到BBR和SIRT3之間存在強(qiáng)結(jié)合，其特征是可見(jiàn)的氫鍵和靜電相互作用（圖8E），結(jié)合能為- 8.2 kcal mol - 1。在這個(gè)姿勢(shì)中，BBR與SIRT3的Glu296、Val292、Pro299、Asp290、Ser253、Arg301、Glu246和Arg235構(gòu)建的疏水口袋結(jié)合，并與Glu246和Arg235形成氫鍵。

利用分子對(duì)接分析的結(jié)果，我們探索了BBR與SIRT3相互作用的可能氨基酸位點(diǎn)。分別純化R235A和E246A點(diǎn)突變（rhSIRT3R235A,E246A）或R235A和E246A點(diǎn)突變+ 290-301 aa缺失（rhSIRT3R235A,E246A,?290-301 aa）的rhSIRT3蛋白，用于SPR檢測(cè)。結(jié)果顯示，與野生型rhSIRT3（圖8C）相比，BBR和SIRT3R235A、E246A之間的KD值（1.72→10.5 μmol L?1）顯著降低（圖8F）。此外，在SPR實(shí)驗(yàn)中，BBR與SIRT3R235A、E246A、?290-301 aa之間沒(méi)有檢測(cè)到相互作用（圖8G），這表明SIRT3的Glu246和Arg235以及由290-301 aa組成的構(gòu)象對(duì)BBR與SIRT3的結(jié)合至關(guān)重要。因此，這些結(jié)果進(jìn)一步支持BBR與SIRT3的直接結(jié)合

圖8 BBR直接結(jié)合并激活線(xiàn)粒體SIRT3

結(jié)論

我們發(fā)現(xiàn)BBR是一類(lèi)新型的代謝改善劑，可以選擇性地進(jìn)入肝細(xì)胞的線(xiàn)粒體，并通過(guò)直接結(jié)合線(xiàn)粒體中的SIRT3來(lái)直接調(diào)節(jié)線(xiàn)粒體的CI功能；這一作用觸發(fā)線(xiàn)粒體腦梗死亞基NDUFS1的去乙酰化和腦梗死解離，導(dǎo)致腦梗死活性降低，從而導(dǎo)致電子傳遞鏈中斷。這一作用導(dǎo)致肝細(xì)胞內(nèi)OXPHOS減少，從而改善臨床上的糖脂代謝（圖8H）。線(xiàn)粒體中的SIRT3是BBR的主要靶點(diǎn)，提示CI是治療代謝性疾病的一個(gè)有前景的靶點(diǎn)。

綜上所述，BBR自2004年開(kāi)始用于代謝性疾病患者的臨床治療，其機(jī)制復(fù)雜，包括增加低密度脂蛋白受體和胰島素受體的表達(dá)，激活A(yù)MPK，降低PCSK9的表達(dá)。關(guān)鍵問(wèn)題是BBR在人體內(nèi)的主要作用靶點(diǎn)是什么。在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)口服BBR在線(xiàn)粒體中迅速聚集，并直接與線(xiàn)粒體中的SIRT3結(jié)合，從而改善線(xiàn)粒體功能。這種作用機(jī)制可能是BBR調(diào)節(jié)能量代謝的主要上游事件之一。

https://link.springer.com/article/10.1007/s11427-024-2834-8

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