2022年5月13日，北京大學(xué)未來(lái)技術(shù)學(xué)院分子醫(yī)學(xué)研究所、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心、國(guó)家生物醫(yī)學(xué)成像中心陳雷研究組在Nature Communications雜志發(fā)表了題為“Structural identification of vasodilator binding sites on the SUR2 subunit”的論文。該研究解析了SUR2與兩種血管擴(kuò)張劑（P1075和Lev）復(fù)合物的高分辨結(jié)構(gòu)，揭示了這類(lèi)小分子藥物與SUR2的相互作用模式。

ATP敏感鉀離子通道（KATP）是由Kir6亞基和SUR亞基組成的異源八聚體，可被細(xì)胞內(nèi)ATP抑制，Mg-ADP激活¹。KATP通道在腦、胰島和肌肉等組織中廣泛表達(dá)，通過(guò)感受細(xì)胞代謝水平調(diào)節(jié)生理功能。KATP通道基因突變可導(dǎo)致新生兒糖尿病、先天性高胰島素血癥²、擴(kuò)張性型心肌病³和坎圖綜合征^4,5等一系列疾病，以KATP通道為靶點(diǎn)的多種藥物小分子已批準(zhǔn)應(yīng)用于臨床，用于治療疾病。

KATP開(kāi)放劑（KCO）是一類(lèi)在Mg-ATP或Mg-ADP存在下可激活KATP通道的小分子。KATP通道的開(kāi)放使質(zhì)膜超極化，降低細(xì)胞的興奮性，并抑制細(xì)胞內(nèi)鈣信號(hào)傳導(dǎo)⁶。根據(jù)SUR亞基選擇性，KCO可分為三類(lèi)：SUR1特異性開(kāi)放劑，如NN414（替芬那嗪）；SUR2特異性開(kāi)放劑，如P1075 和levcromakalim (Lev)；以及非選擇性開(kāi)放劑，如二氮嗪。二氮嗪能激活胰島KATP通道，可用于阻斷胰島素分泌，提高血糖水平以治療低血糖癥。SUR2特異性開(kāi)放劑可松弛血管平滑肌，也被稱(chēng)為“血管擴(kuò)張劑”，在臨床中應(yīng)用于治療高血壓、心絞痛和心律失常等心血管疾病6。這些藥物兼有促進(jìn)毛發(fā)生長(zhǎng)的作用，廣泛地用于治療脫發(fā)，如OTC米諾地爾等。此外，SUR2特異性開(kāi)放劑在其他組織疾病的臨床治療應(yīng)用中也顯示出前景，包括支氣管擴(kuò)張、膀胱松弛、癲癇和青光眼等⁷。然而，這些血管擴(kuò)張劑是如何結(jié)合并激活KATP通道卻仍然未知。

圖1：KCO與SUR2復(fù)合體結(jié)構(gòu)

根據(jù)復(fù)合體結(jié)構(gòu)，陳雷研究組發(fā)現(xiàn)KCO的結(jié)合位點(diǎn)（即命名為KCOS），位于SUR2亞基的跨膜螺旋之間（TM10、TM11、TM12、TM14和TM17）。P1075和Lev結(jié)合在SUR2相同位置上，這與P1075、尼可地爾和二氮嗪在SUR2B上競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合行為一致⁸。

圖2：KATP通道開(kāi)放劑P1075和Lev結(jié)合位點(diǎn)

此外，藥物復(fù)合體結(jié)構(gòu)揭示了SUR2選擇性KCO的結(jié)構(gòu)和活性的關(guān)系。P1075 是吡那地爾的類(lèi)似物，對(duì)SUR2亞基具有高親和力。P1075的二甲基丙基替換了吡那地爾的三甲基丙基，使得P1075與由I545、V548、V579和I1004形成的疏水口袋相互作用更強(qiáng)進(jìn)而顯著提高藥物激活效果⁹。作者通過(guò)突變實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明，SUR2的I1004和T1253對(duì)于P1075和Lev的激活效果都很重要，將氨基酸突變?yōu)镾UR1上對(duì)應(yīng)的殘基（I1004L 和T1253M）導(dǎo)致藥物激活效果減弱。在Mg-ADP與SUR2的NBD2結(jié)合后NBD的二聚化，進(jìn)而引起TMD1和TMD2的閉合。KATP開(kāi)放劑與TMD1和TMD2相互作用，促進(jìn)TMD進(jìn)入閉合狀態(tài)，表明Mg核苷酸和KATP開(kāi)放劑在激活KATP通道時(shí)存在正協(xié)同作用^10,11。

圖3：KCO激活SUR2 的模型

此前對(duì)胰島KATP（SUR1-Kir6.2）的結(jié)構(gòu)研究表明：SUR1的NBD二聚化構(gòu)象與KATP通道激活相關(guān)^12-15，而SUR1的NBD分離的朝內(nèi)構(gòu)象與KATP抑制相關(guān)^13,16-18。本研究工作發(fā)現(xiàn)含有SUR2的KATP通道具有類(lèi)似的現(xiàn)象，表明SUR1型和SUR2型KATP通道有共同激活機(jī)制。該研究為設(shè)計(jì)和優(yōu)化KATP開(kāi)放劑用于治療相關(guān)疾病打下了基礎(chǔ)。

本項(xiàng)研究的第一作者為北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院CLS項(xiàng)目博士研究生丁典，陳雷為通訊作者，博士后吳驚香參與了數(shù)據(jù)收集。晶泰科技的段新麗、馬松齡和賴(lài)力鵬完成了包括分子動(dòng)力學(xué)模擬在內(nèi)的計(jì)算過(guò)程。本工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金委、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心以及北京大學(xué)李革-趙寧生命科學(xué)青年研究基金的經(jīng)費(fèi)支持。該工作冷凍電鏡樣品制備、篩選和采集在北京大學(xué)冷凍電鏡平臺(tái)和北京大學(xué)電鏡室完成，得到了李雪梅、郭振璽、秦昌東、邵博、裴霞和王國(guó)鵬等人的幫助。該項(xiàng)目的數(shù)據(jù)處理獲得了北京大學(xué)CLS計(jì)算平臺(tái)及未名超算平臺(tái)的硬件和技術(shù)支持。

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來(lái)源：北京大學(xué)