時隔一年，2023年11月15日，武漢大學(xué)藥學(xué)院高帥教授、姚霞教授再度在Cell（《細(xì)胞》）雜志在線發(fā)表藥物調(diào)控平滑肌/心肌鈣離子通道Cav1.2的最新研究成果。文章題為“Structural basis for human Cav1.2 inhibition by multiple drugs and the neurotoxin calciseptine”（《多種藥物及神經(jīng)毒素calciseptine抑制人源鈣離子通道蛋白Cav1.2的分子機(jī)制》）。研究揭示了自由狀態(tài)、多種藥物結(jié)合、多肽毒素結(jié)合的鈣離子通道Cav1.2的高分辨結(jié)構(gòu)。

武漢大學(xué)藥學(xué)院高帥教授、深圳醫(yī)學(xué)科學(xué)院院長顏寧教授、北京大學(xué)宋晨研究員為該文章共同通訊作者，武漢大學(xué)藥學(xué)院高帥教授、姚霞教授、清華大學(xué)陳姣鳳博士為該文章共同第一作者。武漢大學(xué)藥學(xué)院為文章第一完成單位。清華大學(xué)化學(xué)系劉磊教授、圣約翰大學(xué)于勇教授為該工作提供了重要幫助。武漢大學(xué)泰康生命醫(yī)學(xué)中心提供了科研經(jīng)費(fèi)支持。

電壓門控鈣離子通道Cav1.2是大腦、心肌和平滑肌L型鈣通道的主要亞型，對許多生理與神經(jīng)活動至關(guān)重要，如心肌和平滑肌收縮，以及學(xué)習(xí)和記憶功能等。Cav1.2功能異常增強(qiáng)與蒂莫西綜合癥有關(guān)，這是一種罕見的常染色體顯性障礙，病理表現(xiàn)為心肌病、心律失常、蹼趾和自閉癥譜系障礙等。Cav1.2是多種臨床常用藥物和天然毒素的作用靶標(biāo)。

無論是自由形式，還是與黑曼巴蛇毒素calciseptine、氨氯地平，胺碘酮與索非布韋結(jié)合，Cav1.2通道都呈現(xiàn)出一致的失活構(gòu)象。在解析多種藥物調(diào)控Cav1.2作用機(jī)制的過程中，作者獲得了三個重要的非預(yù)期發(fā)現(xiàn)：

一是盡管Cav1.2 與Cav1.3同屬于L型鈣離子通道，在功能及序列上高度同源，但Cav1.2在部分結(jié)構(gòu)特性上更接近于神經(jīng)鈣離子通道Cav2.2/Cav2.3。具體而言，Cav1.2，Cav2.2，Cav2.3的電壓感受結(jié)構(gòu)域II （VSDII）處于down構(gòu)象；Cav1.1，Cav1.3的VSDII則處于up構(gòu)象。

二是該研究解析了眼鏡蛇毒素calciseptine致死的分子機(jī)制，顛覆了以往對動物毒素調(diào)控離子通道功能的認(rèn)知。經(jīng)典的動物毒素結(jié)合模式一般是通過結(jié)合在在離子孔結(jié)構(gòu)域阻礙離子運(yùn)輸，或者結(jié)合在電壓感受結(jié)構(gòu)域變構(gòu)調(diào)控離子通道功能。在本工作中，Calciseptine結(jié)合在Cav1.2離子孔外周的肩膀區(qū)域，這種嶄新的結(jié)合模式穩(wěn)定了Cav1.2通道失活狀態(tài)的構(gòu)象，導(dǎo)致蛋白功能抑制。毒素及蛋白定點突變電生理研究進(jìn)一步驗證了該結(jié)合模式。

三是該研究在解析胃腸道解痙劑匹維溴銨調(diào)控機(jī)制時，發(fā)現(xiàn)了Cav1.2通道的全新失活構(gòu)象。在該構(gòu)象中，VSDII呈現(xiàn)up狀態(tài)，離子孔擴(kuò)大，選擇性濾器（SF）構(gòu)象改變。與此同時，重復(fù)單元III的S4-S5與S5兩個α螺旋元件融合成單個螺旋，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)孔（Intracellular gate）變寬。除匹維溴銨外，氨氯地平等其他藥物分子不能結(jié)合該構(gòu)象。通過分子動力學(xué)模擬證實，這個孔道結(jié)構(gòu)域變大的構(gòu)象仍不能通透鈣離子，通道蛋白處于失活狀態(tài)。

據(jù)悉，這是高帥教授、姚霞教授在Nature（2021）、Cell Research（2022）、Cell（2022）、Nature Communications（2022）雜志發(fā)表鈣離子通道鎮(zhèn)痛藥物齊考諾肽、抗暈動癥藥物桂利嗪，丙肝神藥索非布韋副反應(yīng)作用機(jī)制后，在該領(lǐng)域的又一系統(tǒng)性、突破性進(jìn)展，為鈣離子通道蛋白新型靶向藥物研發(fā)奠定了重要的理論基礎(chǔ)。

原文鏈接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)01106-6

來源：武漢大學(xué)官網(wǎng)