Zwracamy uwagę na jedną z najtrudniejszych współczesnych chorób mózgu: choroba Alzheimera w dalszym ciągu dotyka miliony ludzi na całym świecie, powodując utratę pamięci, dezorientację i ciągłe pogorszenie stanu psychicznego. Tym, co czyni tę chorobę szczególnie szkodliwą, jest gromadzenie się w mózgu szkodliwych białek, zwanych amyloidem beta (Aβ), które grupują się i uszkadzają komórki nerwowe. Chociaż istnieją leki, które pomagają złagodzić niektóre objawy, żaden nie jest w stanie całkowicie zatrzymać postępu choroby. Z tego powodu naukowcy szukają nowych sposobów leczenia choroby Alzheimera, a jedna z obiecujących ścieżek wykorzystuje naturalne substancje występujące w roślinach i grzybach.
Porosty, organizm symbiotyczny utworzony z grzybów i alg, służą jako lądowe gatunki pionierskie i wskaźniki środowiskowe w kolonizacji środowisk lądowych. Odgrywają zasadniczą rolę ekologiczną, szczególnie w regionach położonych na skrajnie dużych wysokościach, takich jak płaskowyż Qinghai – tybetański (płaskowyż himalajski) i inne strefy alpejskie na całym świecie. Aby przetrwać w trudnych warunkach, porosty wyewoluowały solidne wtórne szlaki metaboliczne, generując różnorodną gamę strukturalnie unikalnych i stabilnych związków chemicznych. Te naturalne produkty stanowią rozległy i niedostatecznie zbadany rezerwuar nowych leków.
Zespół z Uniwersytetu Nauki i Technologii w Hongkongu (HKUST), kierowany przez dr Meixię Yanga i profesora Karla Tsima, odkrył obiecujące odkrycie związane z chorobą Alzheimera. Ich badanie pokazuje, że kwas gyroforowy – naturalny związek pochodzący z porostów – może zarówno hamować tworzenie się szkodliwych grudek białkowych (agregatów Aβ) w mózgu, jak i dezagregować istniejące. Praca ta została opublikowana w International Journal of Molecular Sciences.
Łącząc symulacje komputerowe z rzeczywistymi testami laboratoryjnymi, naukowcy pokazali, jak działa kwas żyroforowy. Związek przykleja się do określonych części szkodliwych agregatów Aβ i zapobiega ich zmianie w lepką formę, która gromadzi się w chorobie Alzheimera. Zamiast używać silnych wiązań, jak to robią niektóre leki, kwas żyroforowy wykorzystuje łagodniejsze połączenia – głównie oparte na siłach hydrofobowych, które są interakcjami, w których łączą się obszary cząsteczek odpychające wodę – aby utrzymać białko w nieszkodliwej formie. W testach laboratoryjnych kwas żyroforowy zaczął rozkładać agregaty Aβ w ciągu kilku godzin, a pod koniec dnia większość dużych agregatów zniknęła.
Profesor Tsim wyjaśnił: „Nasze badanie pokazuje, że kwas gyroforowy oddziałuje z kluczowymi resztami hydrofobowymi Aβ poprzez mechanizm selekcji konformacyjnej”. Te hydrofobowe reszty są wodoodpornymi częściami białka. Mechanizm selekcji konformacyjnej oznacza, że związek działa poprzez blokowanie białka w bezpiecznym kształcie, zanim stanie się ono szkodliwe. „Dzięki temu może zakłócać zarówno wczesne, jak i późne etapy tworzenia się włókienek”. Włókna to szkodliwe, nitkowate struktury, które powstają, gdy białka zbijają się w grudki. Używając barwnika świecącego w obecności tych grudek białek, a także potężnych mikroskopów konfokalnych – specjalnych narzędzi, które pozwalają naukowcom zobaczyć drobne szczegóły wewnątrz komórek – zespół obserwował działanie terapii w czasie rzeczywistym.
Co fascynujące, kwas gyroforowy nie tylko powstrzymuje Aβ przed zlepianiem się, ale także rozbija grudki, które już powstały. Jest to rzadka i pomocna cecha, zwłaszcza że wiele metod leczenia choroby Alzheimera nie radzi sobie ze starszymi, lepkimi formami białek. Ponieważ związek łączy się w bardziej miękki i bardziej ukierunkowany sposób, może również powodować mniej niepożądanych skutków w porównaniu z silniejszymi lekami, które mogą przyklejać się do niewłaściwych miejsc w organizmie.
Badając jego bezpieczeństwo i przydatność, zespół przyjrzał się także sposobowi, w jaki organizm może wchłaniać kwas gyroforowy i sobie z nim radzić. Odkryli, że jest on zgodny z kilkoma kluczowymi zasadami dotyczącymi podobieństwa do leku – terminu oznaczającego, jak dobrze związek może działać jako lek w organizmie człowieka. Jedną z takich zasad jest reguła pięciu Lipińskiego, wytyczna stosowana przy opracowywaniu leków w celu przewidywania, czy związek może zostać wchłonięty po podaniu doustnym. Chociaż kwas gyroforowy może nie przedostawać się łatwo do mózgu ze względu na swoją strukturę molekularną, jego zdolność do silnego wiązania docelowego białka może pomóc to zrównoważyć. „Kwas gyroforowy wykazuje rzadkie połączenie silnego wiązania, stabilności metabolicznej i niskiej cytotoksyczności” – powiedział dr Yang. Stabilność metaboliczna odnosi się do tego, jak długo substancja pozostaje aktywna w organizmie bez rozkładu, a niska cytotoksyczność oznacza, że nie jest ona szkodliwa dla zdrowych komórek.
Patrząc szerzej, badania te zwracają uwagę na porosty, które przeżywają w trudnych warunkach, wytwarzając unikalne i stabilne substancje chemiczne. Kwas żyroforowy jest jedną z tych naturalnych substancji, a naukowcy uważają, że inne podobne związki występujące w porostach mogą być równie pomocne. Przeszukiwanie różnych porostów może odkryć jeszcze więcej naturalnych substancji chemicznych, które mogą pomóc w walce z chorobą Alzheimera.
Przenosząc uwagę na przyszłe możliwości, naukowcy twierdzą, że potrzebnych jest więcej testów w żywych układach, tzw żywy badania, aby sprawdzić, jak dobrze działa kwas gyroforowy i jak można go skutecznie dostarczać do mózgu. „Naturalna różnorodność chemiczna występująca w porostach pozostaje w dużej mierze niewykorzystana” – stwierdził dr Yang. Chemodiversity odnosi się do różnorodności struktur chemicznych występujących w przyrodzie. “Wierzymy, że to dopiero początek. Pochodne kwasu żyroforowego lub podobnych struktur można dalej optymalizować do zastosowań klinicznych.”
Niniejsze badanie, mające na celu walkę z chorobą, która w nadchodzących dziesięcioleciach będzie znacznie powszechniejsza, wskazuje na obiecującą nową opcję. Kwas żyroforowy nie tylko zatrzymuje tworzenie się szkodliwych białek w mózgu, ale także usuwa to, co już tam jest. W połączeniu z bezpieczeństwem i potencjałem przyszłego rozwoju daje nadzieję w nieustannych wysiłkach na rzecz znalezienia lepszych rozwiązań w leczeniu choroby Alzheimera.
Odniesienie do czasopisma
Yang M., Hu H., Gao J., Lai QWS, Eshboev F., Leung KW, Dong TT, Xu Q., Tsim KWK „Identyfikacja kwasu żyroforowego, środka fitochemicznego pochodzącego z porostów, jako silnego inhibitora agregacji amyloidu beta peptydu: in silico i ocena biochemiczna”. International Journal of Molecular Sciences, 2025; 26(17): 8500. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms26178500
O Autorach
Prof. Karl Wah Keung Tsim jest profesorem katedry Katedry Nauk Przyrodniczych i dyrektorem Centrum Badań i Rozwoju Medycyny Chińskiej na uniwersytecie. Jego obecne badania skupiają się na badaniu autentyczności geograficznej chińskich ziół leczniczych i mechanizmów działania chińskich leków za pomocą technik molekularnych i genetycznych. Opublikował ponad 600 prac naukowych i jest redaktorem międzynarodowych czasopism naukowych. Pełni także funkcję doradcy/konsultanta/członka różnych organizacji, zarówno krajowych, jak i międzynarodowych, zajmujących się standaryzacją leków chińskich, w tym Centrum Współpracy Światowej Organizacji Zdrowia ds. Medycyny Tradycyjnej oraz różnych organów doradczych rządu HKSAR związanych z testowaniem i certyfikacją chińskich leków. Jest także aktywnym przedsiębiorcą i założycielem i dyrektorem kilku firm.
Doktor Meixia Yang jest naukowcem oddanym odkrywaniu terapeutycznych tajemnic natury. Jako pracownik naukowy na Uniwersytecie Nauki i Technologii w Hongkongu wykorzystuje swoją wiedzę z zakresu fitochemii do zgłębiania medycyny naturalnej. Po uzyskaniu stopnia doktora w 2021 r. w ramach wspólnego programu Uniwersytetu w Bernie i Szwajcarskiego Instytutu Federalnego WSL (ETH), w 2022 r. dołączyła do HKUST. Jej badania tworzą zrównoważony szlak „od zasobów porostów do kandydatów na leki”, integrując taksonomię porostów, chemię produktów naturalnych, biologię syntetyczną i neurofarmakologię. Koncentruje się na odkrywaniu nowych cząsteczek bioaktywnych, wykorzystaniu biologii syntetycznej w celu zapewnienia zrównoważonych dostaw i wyjaśnieniu ich wielokierunkowych mechanizmów działania.
