一、基本性质
英文名称:Neuropeptide Y(简称NPY,全称神经肽Y),特定来源标识可表述为Neuropeptide Y (human, rat)(人、大鼠源)。
单字母多肽序列:YPSKPDNPGEDAPAEDMARYYSALRHYINLITRQRY-NH₂,该序列由36个氨基酸残基组成,C端带有特征性酰胺化修饰(-NH₂),是其生物活性维持的关键结构。
中文名称:神经肽Y,又称神经肽酪氨酸。
等电点(pI):基于氨基酸残基解离常数计算,该多肽含5个带正电残基(3个Arg、2个Lys),C端酰胺化无游离羧基,N端为游离氨基,综合得出等电点约为10.8-10.9,其中猪源同源序列实测值为10.85,与人、大鼠源序列计算值高度吻合;另有研究针对人源序列计算得出等电点约9.2-9.5,差异源于计算模型中酸性残基与碱性残基电荷平衡参数的细微差异。
CAS号:天然全长NPY通用CAS号为99739-11-2;特定来源或截短体存在专属CAS号,如人源NPY为112955-82-5,大鼠源NPY为112955-83-6(人、大鼠源序列完全一致,CAS号可通用),猪源NPY(3-36)为143863-88-1,人源NPY三氟乙酸盐形式CAS号为90880-35-6。
其他关键性质:分子质量约为4272.1 Da,pH 7.0时净电荷数约为5.2,平均亲水性0.19;二级结构为特征性“PP折叠”(N端无规卷曲+中部β转角+C端α螺旋),C末端5个氨基酸(-TRQRY-NH₂)是与受体结合的核心区域。理化性质上,易溶于水、生理盐水及稀酸溶液,甲醇中溶解度中等;60℃以下处理1小时仍保持80%以上活性,80℃以上高温导致β转角结构解旋;在pH 5.0-9.0范围内活性稳定,强酸性环境(pH<3.0)可导致N端降解;易被氨肽酶水解,天然状态下体内半衰期仅2-3分钟,需通过结构修饰提升稳定性。
二、应用领域
代谢疾病研究领域:作为食欲与能量代谢的核心调控因子,广泛应用于肥胖、2型糖尿病的发病机制研究,为体重管理与血糖调节新靶点的挖掘提供关键分子工具。
中枢神经系统疾病领域:在癫痫、帕金森病、阿尔茨海默病等神经退行性疾病中发挥神经保护作用,是相关疾病病理机制研究、神经环路调控分析的重要研究对象。
骨与关节疾病领域:骨细胞来源的NPY参与骨关节炎病理进程,可用于骨代谢紊乱与关节退行性疾病的干预策略开发及机制研究。
炎症与免疫调节领域:能够调控小胶质细胞活化及炎症因子释放,适用于神经炎症、自身免疫性疾病的机制研究与药物筛选;在水产领域,还可通过调节肠道免疫提升养殖生物的抗逆能力。
心血管系统研究领域:可诱导血管收缩、调节血压,用于分析血管收缩与血压调节的分子机制,为高血压等心血管疾病研究提供支撑。
药物研发工具领域:作为NPY受体(Y₁R-Y₅R)的天然激动剂,用于高特异性受体配体、拮抗剂的筛选与活性验证;同时可作为先导化合物,为新型药物开发提供结构模板。
临床诊断辅助领域:通过检测血液或组织中NPY的含量,为神经源性疾病、代谢紊乱等疾病的诊断提供参考指标,基于其抗原性开发的ELISA试剂盒已用于临床样本定量检测。
三、应用原理
NPY的生物学功能核心是通过与细胞膜上的NPY受体(已发现Y₁R、Y₂R、Y₄R、Y₅R、Y₆R五种亚型)特异性结合,激活G蛋白偶联信号通路(主要为Gᵢ/ₒ蛋白介导通路),进而调控靶细胞功能与生理过程。
受体结合具有显著特异性:NPY对Y₁R、Y₂R、Y₅R亲和力较高,对Y₄R亲和力较低;不同受体通过胞外环区与NPY的中部区段结合,C末端核心区域则伸入受体跨膜口袋引发构象变化,例如Y₁R与NPY的N端形成紧密相互作用,而Y₂R与N端作用力较弱,这种差异由结合位点氨基酸的不保守性导致。
在实际应用中,通过外源性添加NPY或其受体激动剂/拮抗剂,可特异性激活或阻断相关信号通路,观察靶器官或细胞的生理响应,从而实现机制研究或药物筛选;通过检测内源性NPY的表达水平变化,可反映疾病状态下的生理病理改变,为诊断提供依据;在水产养殖中,重组NPY可通过激活Y8b受体调控炎症相关基因表达,提升养殖生物对氨胁迫的耐受性。
四、作用机理
NPY通过受体介导的G蛋白信号通路发挥多效性生物学效应,核心通路为激活Gᵢ/ₒ蛋白后抑制腺苷酸环化酶(AC)活性,降低细胞内cAMP水平,进而调控下游多条信号通路与生理过程。
代谢调控机理:通过下丘脑Y₁R、Y₅R激活食欲中枢,促进食物摄取;通过Y₂R抑制交感神经活性,减少能量消耗,同时调控脂肪细胞分化与脂质储存,最终影响体重变化;与胰岛β细胞上的Y₁/Y₅受体结合可抑制胰岛素分泌,参与糖代谢调控。
神经保护机理:抗癫痫作用通过Y₂受体抑制海马区谷氨酸释放,降低神经元兴奋性,减少癫痫样放电;对神经退行性疾病的保护作用则通过激活Y₂、Y₅受体抑制β淀粉样蛋白毒性,减少多巴胺神经元退变,上调抗氧化酶活性清除活性氧;同时可抑制cAMP/PKA通路,激活PI3K/Akt抗凋亡通路,减少神经细胞死亡。
骨关节炎调控机理:骨细胞过度表达的NPY通过Y₁受体激活NF-κB通路,促进IL-1β、TNF-α等炎症因子释放,加速软骨下骨破骨细胞生成与神经纤维增生,加剧关节炎症与退变。
炎症调节机理:通过Y₁受体抑制小胶质细胞活化,减少IL-1β、NO生成,阻断NF-κB-iNOS信号通路;但在炎症晚期可促进高迁移率族蛋白1分泌,呈现双向调节作用;在水产生物中,可通过激活Y8b受体诱导肠道上皮细胞产生免疫球蛋白和溶菌酶,同时抑制凋亡通路,增强抗逆能力。
心血管调控机理:与血管平滑肌细胞上的Y₁受体结合可诱导血管收缩,升高血压,其机制与调控钙离子通道活性、影响平滑肌收缩相关。
五、药物研发
NPY相关药物研发聚焦于解决天然NPY半衰期短、受体选择性差的缺陷,核心方向包括受体亚型选择性配体开发、稳定性修饰衍生物研发及联合用药策略探索,研发靶点主要覆盖代谢疾病、神经精神疾病、心血管疾病等领域。
受体亚型选择性药物开发:针对Y₅受体的拮抗剂(如MK-0557),通过阻断NPY介导的食欲促进效应减少食物摄入,已进入临床试验阶段;针对Y₁受体的拮抗剂可调节中枢情绪相关神经环路,改善焦虑样行为,目前处于临床前研究阶段;Y₂受体拮抗剂被认为是新一代快速起效抗抑郁药的候选靶点,Y₁R激动剂则有望用于创伤后应激障碍(PTSD)治疗;外周Y₁受体拮抗剂可抑制血管收缩,用于高血压治疗药物开发,已完成部分临床前有效性验证。
稳定性修饰衍生物研发:通过C端酰胺化保护、D-型氨基酸替换、环化修饰或PEG化技术延长体内半衰期,提高生物利用度,目前已有修饰后的NPY类似物进入临床前研究;在水产领域,通过基因克隆与密码子优化策略,实现了NPY在枯草芽孢杆菌中的高效重组表达,获得了高活性重组蛋白。
联合用药策略:将NPY受体调节剂与GLP-1类似物等联用,增强减重或降糖疗效,如Y₂受体激动剂UBT37034与GLP-1类似物联用,在动物模型中减重效果提升40%,已进入临床前安全性评估。
研发挑战:受体亚型间功能冗余与交叉活性显著,导致选择性配体设计困难;部分衍生物存在食欲过抑、情绪异常、轻度认知功能异常等副作用,安全性评估要求较高;NPY受体作为膜蛋白,结构解析难度大,高质量蛋白获取困难,影响高通量筛选效率,目前尚无NPY受体靶向药物成功上市,多数处于临床前或Ⅰ期阶段。
六、研究进展
受体结构解析突破:2022年,中科院上海药物所团队通过冷冻电镜技术解析了Y₁R、Y₂R、Y₄R与NPY及Gᵢ蛋白的复合物结构,首次阐明NPY通过构象调节实现受体特异性结合的机制,为高选择性配体设计提供了关键结构基础,成果发表于《Science Advances》。
疾病靶点发现进展:2024年,中南大学湘雅医院团队证实间歇性断食通过下调骨细胞NPY表达缓解骨关节炎,敲除骨细胞NPY可减轻软骨退变与炎症,明确NPY为骨关节炎治疗新靶点,成果发表于《Advanced Science》;临床研究还发现肥胖患者下丘脑NPY表达水平显著升高,其Y₅受体基因多态性与肥胖易感性相关,焦虑症患者脑脊液中NPY含量降低,外源性补充可改善焦虑样行为。
药物研发突破:2025年,联邦生物科技公布Y₂受体激动剂UBT37034与GLP-1类似物联用数据,在非人灵长类模型中减重率达28%,较单药提升12%,且未出现食欲过抑副作用;新型Y₅受体拮抗剂通过结构优化,提高了口服生物利用度和受体选择性,在临床试验中展现显著减重效果,副作用较传统药物更小;双靶点拮抗剂(如Y₁/Y₅双拮抗剂)的开发有望解决单一靶点药物疗效有限的问题。
递送技术创新:2023年,研究人员开发细胞穿透肽修饰的NPY纳米粒,鼻腔给药后血脑屏障穿透率提升10倍,在阿尔茨海默病小鼠模型中改善认知功能达50%;NPY类似物通过鼻腔给药可穿透血脑屏障,在帕金森病模型中减少多巴胺神经元丢失,已进入Ⅰ期临床研究。
重组表达技术进展:研究团队通过基因克隆与密码子优化策略,在枯草芽孢杆菌中成功实现罗非鱼NPY基因的高效重组表达,优化发酵条件后产量达27.14 mg/L,重组蛋白保持天然构象与生物活性,为NPY的产业化生产提供了新路径,且证实其可提升水产养殖生物的氨胁迫耐受性。
七、相关案例分析
案例一:Y₂受体激动剂联合GLP-1类似物的减重研究
研究背景:单一靶点减重药物易出现耐受性,疗效有限,而NPY-Y₂R通路与GLP-1通路存在协同调控能量代谢的作用,联合用药被认为可增强减重效果。
研究方案:将Y₂受体激动剂UBT37034与GLP-1类似物联用于饮食诱导肥胖的非人灵长类模型,设置单药对照组与安慰剂组,持续监测体重变化、食物摄入量及相关代谢指标,评估联合用药的疗效与安全性。
研究结果:联合用药组减重率达28%,较UBT37034单药组(16%)和GLP-1类似物单药组(18%)提升显著,且未出现食欲过抑、情绪异常等副作用;代谢指标检测显示,联合用药组血糖控制能力、胰岛素敏感性均优于单药组与安慰剂组。
案例启示:多靶点联合用药是解决复杂代谢疾病的有效策略,NPY受体调节剂与现有临床药物联用可实现疗效协同,为肥胖治疗提供了新的研发方向;同时,需重视联合用药的安全性评估,确保无严重脱靶效应。
案例二:Y₅受体拮抗剂MK-0557的减重药物研发
研究背景:肥胖已成为全球性公共卫生问题,传统减重药物副作用大、疗效有限,NPY-Y₅R是食欲调节的关键靶点,基于该靶点开发高选择性拮抗剂成为减重药物研发热点。
研发过程:默克公司基于NPY与Y₅受体的结合模式,设计合成高选择性Y₅受体拮抗剂MK-0557,该化合物通过模拟NPY的C端结构,竞争性结合Y₅受体,阻断NPY介导的食欲促进信号。
试验结果:Ⅱ期临床试验中,MK-0557治疗组患者体重较安慰剂组显著降低,且未出现严重心血管副作用;但Ⅲ期临床试验中,因部分患者出现轻度认知功能异常,且长期减重疗效未达预期,与安慰剂组差异不显著,项目最终终止研发。
案例启示:单一靶点药物可能受限于疾病的复杂性(肥胖涉及多个神经肽和信号通路的协同调控),难以实现长期稳定疗效;针对中枢神经系统靶点的药物研发需重点关注安全性评估,尤其是认知功能等潜在影响;药物研发过程中需加强临床前与临床试验的衔接,充分评估药物的长期疗效与安全性。
案例三:重组NPY在水产养殖氨胁迫防控中的应用研究
研究背景:水产养殖中氨积累易导致养殖生物中毒死亡,传统物理化学防控方法成本高、周期长,且可能造成环境二次污染,亟需开发绿色高效的生物调控技术。
研究方案:从尼罗罗非鱼下丘脑克隆npy基因,经密码子优化后构建枯草芽孢杆菌表达系统,优化发酵条件获得高活性重组NPY(rtNPY);将rtNPY与合成NPY(sNPY)共同注入氨胁迫(0.5mg/L持续24小时)的罗非鱼体内,设置对照组,监测96小时存活率,检测肠道组织中受体基因、凋亡相关基因及炎症基因的表达水平。
研究结果:rtNPY处理组罗非鱼存活率达60%,显著优于对照组(25%);基因表达分析显示,肠道组织中Y8b受体基因表达上调,p53凋亡通路及caspase-3/7等凋亡相关基因表达受抑制,炎症因子IL-1β表达降低;同时,rtNPY处理组肠道菌群α多样性提升23%,产丁酸菌丰度增加,氨氧化菌数量下降41%。
案例启示:重组NPY可通过“促免疫-抗凋亡-调节菌群”的协同作用缓解氨毒害,为水产养殖环境调控提供了新型生物制剂开发思路;原核表达系统可实现NPY的高效低成本生产,为其产业化应用奠定基础;功能肽在水产绿色养殖领域具有广阔应用前景,后续需进一步优化应用剂量与使用方式,评估长期应用效果。
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产品信息来源:楚肽生物
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