顔甯團隊Nature發文：指路止痛藥研發切斷通路 無法感覺疼痛Cav2.2形似一匹躍起的“駿馬”為止痛藥物研發提供思路

作者：|劉潤楠

痛苦的味道是痛苦的，這是幾乎每個人都有的經曆，有時它真的很"緻命"。

疼痛，似乎發生在一瞬間的感覺中，實際上包含着一系列的信号傳遞。為了阻斷疼痛感，首先要找出它的感覺途徑。

7月7日，普林斯頓大學燕甯團隊的最新結果線上發表在《自然》雜志上。該研究首次分析了人源神經組織N型電壓門控鈣離子通道3.1-EE分辨率的高清三維結構，為了解其功能提供了線索。該研究還分析了阻斷通道的3.0-E止痛藥Ziconotide的結構，為開發該通道的特定止痛藥提供了思路。

<h1類"pgc-h-right-arrow"資料軌道""29">切斷了通路，無法感覺到疼痛</h1>

當針尖插入人體時，當油濺到皮膚上時，全身的神經末梢首先被感覺到，它會将刺激信号轉化為電信号，傳遞到中樞神經系統中的脊髓，然後中樞神經系統将電信号轉換為化學信号-神經遞質， 最後傳遞到大腦。

在從電信号轉換到化學信号的過程中，Cv2.2的參與，即神經組織N型電壓的門控鈣離子通道，是必不可少的。

電壓門控離子通道是一種控制離子轉運的重要蛋白質，包括鈣離子、鉀離子、鈉離子轉運等。它們在許多生理過程中起着重要作用，如基因表達，神經信号傳導，肌肉收縮，神經退行性疾病，心髒病，精神疾病等。離子通道蛋白是目前僅次于GPCR（G蛋白偶聯受體）的第二大藥物治療靶點。

作為生物體中重要的第二信使，鈣離子（Ca2 plus）參與生命過程，如肌肉收縮，神經信号傳導，腺體分泌，基因轉錄調節和細胞凋亡。電壓門控鈣離子通道（Cav）蛋白家族由10個成員組成，根據順序差異可分為3個亞族，即Cav1.1-1.4，Cav2.1-2.3，Cav3.1-3.3。

近年來，燕甯團隊一直緻力于分析不同亞型的Cav三維結構，已成功分析了Cav1.1、Cav3.1等複合結構。

在這項研究中，他們專注于家庭成員Cav2.2。當細胞膜電位發生變化時，Cav2.2立即被激活，打開通道門，使信使Ca2+可以從細胞膜外順利進入膜，進而促進神經遞質的釋放，觸發一系列下遊信号通路。是以，如果Cav2.2被人為切斷，神經信号很難傳導，大腦無法感覺到疼痛。

< h1級"pgc-h-right-arrow"資料軌道"28"> Cav2.2看起來像一匹跳躍的"馬"</h1>

切斷Cav2.2并不容易。它與"家族"非常相似，因為它調節Cav2.2分子，通常是其他成員，引起異常的生理反應。這已成為相關止痛藥發展的瓶頸。

目前市場上唯一依賴于阻斷Cav2.2起作用的止痛藥是殼肽。與阿片類止痛藥相比，它不會上瘾，其效果不會随着使用量的增加而惡化，它幾乎可以緩解所有疼痛，并且它具有極緻的止痛作用，比阿片類止痛藥有效1000倍。

但殼囊肽隻能通過宮内注射給藥，即通過腰部将藥物直接注射到蜘蛛網的亞腔中，使藥物在腦脊液中分散。"每個人都想使用殼肽作為模闆來開發更容易，更安全，更有效的止痛藥。該論文的主要作者，普林斯頓大學分子生物學系的博士後學生高帥說。

"從結構生物學的角度來看，我們想知道Cav2.2的結構是什麼，以及殼肽如何與其結合。隻有了解其結構和機制，才能為相應的蛋白質設計靶向藥物。該論文的共同主要作者，普林斯頓大學分子生物學系博士後學生姚霞說。

使用單顆粒制冷電子鏡方法，研究人員重建了人Cav2.2蛋白複合物與殼肽結合前後的三維結構，分辨率為3.0 E。

三維重建表明，Cav2.2的三個亞基互相重疊，形成像一匹在空中跳躍的"馬"，由α2氙-1組成的"馬頭頸"延伸到細胞膜外，alpha1在整個跨膜區域形成"馬身和前蹄"，将"後腿"β3留在細胞膜中， 作為支援。

高帥介紹，"奇科諾肽在鈣離子轉運的入口處結合。與預結合相反，alpha2-1和α1的膜外環結構共向上分布，排空位置并"讓位"給殼肽，使其更容易與蛋白質結合。"

<止痛藥開發的思想，直至h1級"的>"pgc-h-right-arrow"data-track"。</h1>

在對其三維結構進行深入分析和計算後，研究人員分析了β3和alpha1亞堿之間的互相作用。

"我們還發現，與Cav1.1和Cav3.1研究不同，Cav2.2具有更多的CH1和CH2結構片段。同時，Cav2.2的四個電壓受體（VSD）沒有同時上升，yao說，VSD2表現出"下降"的配置，這在其他家庭成員的VSD組成中從未觀察到過。

經過進一步分析，研究人員還在其VSD2中發現了磷脂分子PIP2，這有助于其"向下"構象的穩定性。

"太神奇了。我們還無法确定整個蛋白質的功能究竟是什麼，以及為什麼以這種方式呈現，這也是一個未來需要研究的問題。她說。

"我們對Cav2.2的結構分析，作為家族的代表成員，為未來研究Cav通道調節的結構和機制，以及Cav2.2止痛藥的設計和開發提供了基礎，"高說。"

相關論文資訊： https://doi.org/10.1038/s41586-021-03699-6

延甯轉發《自然》雜志破解"奇科諾肽"止痛藥的結構秘密