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作者：Sophia
导读：T型钙通道Cav3.2亚型因其在疼痛和癫痫中的作用而成为开发镇痛药和抗癫痫药的靶点。
2024年4月11日，清华大学/深圳医学科学院颜宁团队在《Cell Research》（IF=44）在线发表题为“Structural basis for human Cav3.2 inhibition by selective antagonists”的研究论文，该研究展示了Cav3.2单独和与四种T型钙通道选择性拮抗剂复合物的冷冻电镜结构，总分辨率从2.8 Å到3.2 Å。这四种化合物表现出两种结合姿态。
https://www.nature.com/articles/s41422-024-00959-8
研究背景
01
Cav3.2由CACNA1H编码，广泛表达于中枢神经系统，调节神经元兴奋性，参与伤害感受。其活性的改变与许多神经和神经精神疾病有关，包括特发性全身性癫痫和疼痛。研究表明，在各种炎症性和神经性疼痛模型中，脊髓背角和背根神经节神经元中Cav3.2的表达和/或活性增加沉默或药物抑制Cav3.2通道可诱导啮齿动物镇痛。因此，Cav3.2正在成为下一代镇痛药开发的一个有希望的药物靶点。靶向Cav3.2的化合物，如乙磺酰亚胺、米贝弗拉迪、丙戊酸、唑尼沙胺、吡莫胺和某些二氢吡啶(DHPs)，在啮齿动物急性、炎症和慢性疼痛模型中显示出疗效。
目前正在研究各种具有新型化学骨架的小分子作为潜在的镇痛候选药物，如Z944、TTA-A2、TTA-P2、ML218和ACT-709478。与通常对T型通道特异性有限的已批准药物相比，这些正在研究的T型特异性阻滞剂对T型Cav通道具有更强的亲和力。尽管这些化合物尚未区分T型亚型，但与Cav3.1和Cav3.3相比，Cav3.2独特的药代动力学特性为开发真正的Cav3.2选择性分子提供了机会。
获得与FDA批准的药物或先导化合物复合的通道结构的高分辨率洞察对于指导药物设计或优化至关重要。Cav3.1结合先导化合物Z944的结构揭示了T型钙通道的基本结构和Z944.44状态依赖性抑制Cav3亚家族的分子基础。最近关于Cav3.3与米贝弗拉迪、吡莫胺和奥替溴铵配合物结构的报道拓宽了靶向T型钙通道的药物识别谱。本研究试图确定人类Cav3.2单独和与代表性拮抗剂复合的结构，特别关注那些对T型钙通道具有增强选择性的结构。
研究结果
02
鉴于其在癫痫和疼痛中的关键作用，Cav3.2已成为开发抗癫痫药和镇痛药的有前途的靶点。数十种病理突变，包括与自闭症、肌萎缩侧索硬化症、醛固酮增多症家族性 4 和癫痫相关的突变，与 Cav3.2 直接相关。Cav3.2 的高分辨率结构能够精确定位位于分辨区域的 19 个突变。这些突变在各种VSD、ECL和孔隙中表现出广泛的分布，为理解疾病机制奠定了结构基础。
这里和之前报道的结构一起揭示了T型通道选择性阻断剂的共同范式（图7a）。这些细长的分子通过占据位点 C 直接阻碍离子流动;同时，另一端靶向位点 F2（TTA-P2、ML218、Z944、匹莫齐特、米贝拉地尔和奥替溴铵）或位点 F4（ACT-709478 和 TTA-A2）为稳定失活状态。值得注意的是，DHP 化合物选择性地靶向 Cav1 通道的 III-IV 开窗（位点 F3），也称为 DHP 受体，而位点 F2、F4 和 C 似乎是 T 型通道中开发选择性阻滞剂的有希望的区域。关键残基的进一步化学修饰有望改变药物敏感性和选择性，为精确调节 Cav 亚型提供机会。
T 型 Cav 通道中央腔内药物结合位点的结构图谱。
除了 Cav3.2-ACT 与 apo 通道保持不变外，在所有其他拮抗剂存在的情况下，在所有 T 型通道的 S6II 段中间发现保守的 α-π 转变（图 7b）。这种次级结构转变也经常在与孔隙阻滞剂结合的Nav通道中观察到，甚至是与VSD结合的门控改性剂毒素。π型S6通常与密封开窗，缩小的腔体积和收缩的细胞内门有关，这些物理特征都拮抗通道电导。这一观察结果表明，π型结构可能代表了Cav或Nav靶向药物设计中可能更受欢迎的模板。
除此之外，宽敞腔支架内的小分子相互作用表现为抗病毒索非布韦/MNI-1 和 Cav1 通道 PD 中抗节律胺碘酮之间的药物相互作用。内源性脂质也代表了一类重要的小分子。因此，一种甚至多种磷脂分子可能通过改变结合口袋的轮廓和化学组成来干扰拮抗剂结合也就不足为奇了。在靶向电压门控离子通道进行药物发现时，还应研究脂质和其他内源性分子（如激素和代谢物）在药物结合中的作用。
参考资料：
https://www.nature.com/articles/s41422-024-00959-8
注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。
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