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T-型钙通道(T-type Calcium Channels,TTCCs;Cav3.1-3.3),是具有特殊生理功能的电压门控钙通道,也是疼痛、癫痫及震颤症等药物研发的重要靶点。目前,针对TTCCs的小分子药物研发尚需推进,一个待突破的重要方向是解码新颖活性分子与TTCCs的相互作用模式,为亚型选择性分子的设计与研发提供结构基础(目前在临床研究的活性分子无亚型选择性,甚至在任意两个TTCCs通道中都没有明显的偏向性)。 黄杨属植物(Buxus spp)是中国著名的观赏植物,自古以来为文人墨客所推崇, 被誉为“木中君子”,也有重要药用价值,具代表性的黄杨三萜生物碱(BAs)中的环维黄杨星D(CVB-D)在我国已成为治疗心血管疾病的天然药物(药品名:黄杨宁)。在前期研究中,我们率先发现CVB-D可以通过抑制Cav3.2发挥显著的缓解疼痛作用,并对BAs类群继续深入探究。 通过对3种骨架类型的23个BAs的系统研究,我们发现与9,19-cyclo-artane-型Cav3.2活性分子2、3和CVB-D不同, 9(10/19)abeo-artane-型分子9和10分别对Cav3.2和Cav3.1表现出了9倍和30倍的选择性,远远超过现有已知的抑制剂。同时,分子10对Cav3.2的抑制作用与在临床开展研究的Z944相当,且在一系列异源表达及小鼠背根神经节(DRG)上与疼痛传导相关的离子通道上表现出了突出的选择性,是一类新型的Cav3.2拮抗分子。
进一步研究表明Cav3.2中Domain III的S6上serine-1543残基是与化合物9和10相互作用的关键氨基酸。值得指出的是serine-1543是Cav3.1和Cav3.2在Domain III的S6上唯一不同的氨基酸。此外,分子10还表现出了与Z944不同的Cav3.2门控调节特性。 结合计算机辅助模拟发现分子10以一个类“人”字型结构,结合在Cav3.2的中部空腔,其两端横跨于Domain I和IV和Domain II和III的开窗(fenestration)。Cav3.2的serine-1543提供了与分子10相互作用的关键氢键(Cav3.1中相应的位置是无法提供氢键的alanine)。通过对比发现,10/Cav3.2的相互作用方式与Z944/Cav3.2不同,代表了一种新型的小分子/Cav3.2结合模式。此外,我们还阐明了9(10/19)abeo-artane-型分子产生高Cav3.2选择性的构效关系,并解释了9,19-cyclo-artane-型分子2、3和CVB-D不具备Cav3.2选择性的分子基础。 动物实验表明分子10通过选择性抑制Cav3.2发挥对三类小鼠模型:醋酸诱发的内脏痛、L-半胱氨酸诱发的躯体痛及坐骨神经结扎诱发的神经痛的缓解作用,且(5 mg/kg)作用与阳性对照Z944(10 mg/kg)和mibefradil(10 mg/kg)相当,是一种缓解疼痛的新型分子。 综上,我们发现了一种结构新颖且对Cav3.2的选择性显著高于Cav3.1的镇痛分子。阐述了这类分子与Cav3.2相互作用的结构基础,为基于结构的创新药物设计与研发夯实了基础。 论文信息 Analgesic Buxus alkaloids with Enhanced Selectivity for the Low-Voltage-Gated Calcium Channel Cav3.2 over Cav3.1 through a New Binding Mode Ye Gong, Rui Liu, Hongjing Zha, Ding Dong, Dr Nihong Lu, Hui Yan, Dr. Luosheng Wan, Dr. Yin Nian 文章的第一作者是中国科学院昆明植物研究所恭烨、刘瑞及华中科技大学的查宏婧。通讯作者是中国科学院昆明植物研究所年寅,及华中科技大学的万落生。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202313461

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