近日，北京大學(xué)國(guó)際癌癥中心和北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院與醫(yī)院的團(tuán)隊(duì)，利用深度學(xué)習(xí)算法，確定了抗瘧藥物雙氫青蒿素（DHA）作為潛在的骨質(zhì)疏松癥治療方法。這項(xiàng)研究表明，DHA在活體小鼠中成功逆轉(zhuǎn)了骨質(zhì)疏松引起的骨密度喪失，通過(guò)幫助維持骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMMSCs）的“干細(xì)胞特性”。

《ACS Central Science》雜志上的報(bào)告稱，他們的研究表明：“DHA通過(guò)維持BMMSC的干細(xì)胞特性，可能成為治療骨質(zhì)疏松的有望治療藥物?！?骨質(zhì)疏松癥是一種影響骨骼系統(tǒng)的退行性疾病，其特征是骨密度喪失和骨微結(jié)構(gòu)的破壞。在健康人中，有骨母細(xì)胞建立新骨骼和破壞它的破骨細(xì)胞之間的平衡。但當(dāng)“拆遷隊(duì)”過(guò)于活躍時(shí)，會(huì)導(dǎo)致骨質(zhì)流失和骨質(zhì)疏松，這通常影響到老年人。 BMMSCs是骨母細(xì)胞的前體，對(duì)骨質(zhì)疏松癥起著至關(guān)重要的作用。“BMMSCs通過(guò)承諾性分化和穩(wěn)定增殖和更新的本地人口，共同構(gòu)成了BMMSCs在生理運(yùn)動(dòng)下的干細(xì)胞特性，以維持功能性骨母細(xì)胞的持續(xù)流供。” 因此，維持BMMSC的干細(xì)胞特性對(duì)于骨骼平衡和再生至關(guān)重要。

然而，在骨質(zhì)疏松癥期間，這些多能細(xì)胞往往會(huì)轉(zhuǎn)變成產(chǎn)生脂肪的脂肪細(xì)胞，并且具有“降低的再生潛力”，作者繼續(xù)說(shuō)。 “因?yàn)锽MMSCs為骨修復(fù)提供了持續(xù)的骨母細(xì)胞供應(yīng)，因此找到恢復(fù)其功能的方法至關(guān)重要?！?/p>

Osteoporotic mice treated with dihydroartemisinin (DHA) had significantly improved bone density (bottom) compared to controls (top). [Adapted from ACS Central Science, 2023, DOI: 10.1021/acscentsci.3c00794]

此前，北京大學(xué)的鄭偉博士和他的同事們訓(xùn)練了一個(gè)深度學(xué)習(xí)算法，以預(yù)測(cè)細(xì)胞對(duì)藥物治療的反應(yīng)，并最終通過(guò)比較疾病和藥物處理細(xì)胞的基因表達(dá)譜的變化來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)新藥物的有效性。對(duì)于他們最新的研究，他們想利用該算法找到一種針對(duì)BMMSCs的骨質(zhì)疏松癥新治療策略。

該團(tuán)隊(duì)在新生小鼠和成年小鼠的不同表達(dá)基因（DEGs）文件中運(yùn)行了程序。其中排名最高的化合物之一是DHA，這是青蒿素的衍生物，也是抗瘧疾療法的關(guān)鍵組成部分。 “從排名最高的候選藥物中，我們確定了雙氫青蒿素（DHA），這是一種能促進(jìn)BMMSC干細(xì)胞特性的傳統(tǒng)中國(guó)草藥提取物，有助于建立更健康的骨平衡，” 研究人員指出。

體內(nèi)研究顯示，將DHA提取物口服給經(jīng)卵巢切除的骨質(zhì)疏松小鼠模型進(jìn)行六周，顯著減少了動(dòng)物大腿骨的骨密度喪失，幾乎完全保持了骨結(jié)構(gòu)。 “總的來(lái)說(shuō)，DHA的口服能夠拯救OVX小鼠體內(nèi)的mBMMSC干細(xì)胞特性，同時(shí)糾正了從脂肪生成向骨生成傾斜的偏見分化傾向，” 科學(xué)家解釋道。 為了提高傳遞效果，該團(tuán)隊(duì)隨后設(shè)計(jì)了一個(gè)更強(qiáng)大的系統(tǒng)，使用注射的、裝載了DHA的納米顆粒，旨在靶向骨骼。 “為了提高雙氫青蒿素在骨質(zhì)疏松癥中的治療效果，設(shè)計(jì)了攜帶骨靶向葉酸（ALN）的介孔二氧化硅納米顆粒（MSN）來(lái)傳遞DHA，” 他們指出。在隨后的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)，接受了納米顆粒傳遞的MSN-ALN@DHA納米顆粒的骨骼與對(duì)照組的骨骼相似，治療沒有毒性跡象。在進(jìn)一步的測(cè)試中，該團(tuán)隊(duì)確定了DHA與BMMSCs互動(dòng)以維持其干細(xì)胞特性，最終產(chǎn)生更多的骨母細(xì)胞。他們還表明，MSN-ALN對(duì)抑制骨破壞活動(dòng)具有一定作用。

研究人員表示，這項(xiàng)研究證明了DHA是治療骨質(zhì)疏松癥的有望藥物。他們?cè)谡撐闹性u(píng)論說(shuō)：“這些發(fā)現(xiàn)也展示了深度學(xué)習(xí)方法加速藥物開發(fā)和促進(jìn)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的潛力?！?/p>

參考文獻(xiàn)：Deep Learning-Predicted Dihydroarteminsinin Rescues Osteoporosis by Maintaining Mesenchymal Stem Cell Stemness through Activating Histone 3 Lys 9 Acetylation

編輯：王洪

排版：李麗