慢性咳嗽，尤其是難治性或不明原因慢性咳嗽（ R efractory or unexplained chronic cough,RUCC） ， 影響著全球約 10% 的人口 ， 患者長期受困于睡眠障礙與社交受限，心理負(fù)擔(dān)沉重，且臨床上極度缺乏療效確切且耐受性良好的藥物。目前， ATP 門控陽離子通道 P2X3 受體被公認(rèn)為止咳的關(guān)鍵靶點(diǎn)，其相關(guān)拮抗劑已相繼進(jìn)入臨床或獲批上市。然而，第一代 P2X3 拮抗劑（如 Gefapixant ）在臨床應(yīng)用中遭遇了嚴(yán)重的瓶頸：超過半數(shù)的患者會出現(xiàn)嚴(yán)重的味覺障礙（如味覺異?；騿适ВｎI(lǐng)域內(nèi)普遍認(rèn)為，這一副作用源于藥物對味覺傳入神經(jīng)上 P2X2/3 異聚體的非選擇性抑制。因此，如何在保留鎮(zhèn)咳療效的同時規(guī)避味覺副作用，實(shí)現(xiàn)對亞型的高選擇性識別，一直是該領(lǐng)域藥物研發(fā)的核心挑戰(zhàn)，而 P2X2/3 異聚體高分辨率結(jié)構(gòu)的缺失，使得這一目標(biāo)長期以來受阻。

近日， 南昌大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 / 南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院聯(lián)合 深圳晶蛋生物 在 Science Advances 上發(fā)表了題為 Cryo-EM Structures of Human P2X2/3 Heteromer channel Reveal the Structural Basis of Ligand Selectivity 的研究論文。該研究利用冷凍電鏡（ Cryo-EM ）技術(shù)，解析了人源P2X2/3異聚體的高分辨率結(jié)構(gòu)，在原子水平上闡明了不同止咳藥物區(qū)分同聚體與異聚體的分子機(jī)制，為開發(fā)高效、無味覺障礙副作用的下一代止咳藥物奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

研究團(tuán)隊(duì) 通過串聯(lián)親和純化策略，克服了異聚體蛋白表達(dá)與純化的挑戰(zhàn)， 并 利用冷凍電鏡 解析了人源 P2X2/3 異聚通道的多種冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步獲得了 P2X3 與高選擇性拮抗劑 Camlipixant 的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。同時，我們還解析了人源 P2X2 同聚體從靜息態(tài)到激活態(tài)、再到脫敏狀態(tài)的一系列結(jié)構(gòu)，從而較系統(tǒng)地描繪了其門控過程。

該工作首先解決了長期存在的學(xué)術(shù)爭議：證實(shí)了 P2X2/3 異聚體并非單一組裝形式，而是存在 1:2 與 2:1 兩種亞基化學(xué)計(jì)量比的三聚體，為亞基組成的爭論提 供了直接的結(jié)構(gòu)證據(jù)。結(jié)構(gòu)分析進(jìn)一步揭示， P2X2/3 異聚體具有顯著的結(jié)構(gòu)不對稱性，特別是在跨膜 TM2 螺旋及孔道區(qū)域。這種獨(dú)特的非對稱構(gòu)象，為其在 ATP 敏感性及脫敏動力學(xué)上的藥理學(xué)特性提供了合理解釋 。

更重要的是，該研究深入揭示了兩類代表性止咳候選藥物在識別機(jī)制上的本質(zhì)差異： 結(jié)構(gòu)顯示， Gefapixant 結(jié)合于一個位于亞基界面的別構(gòu)口袋。這個口袋在 P2X3 同聚體和 P2X2/3 異聚體之間高度保守，因此 Gefapixant 雖然能夠有效抑制 P2X3 ，也同樣容易作用于 P2X2/3 。這一結(jié)果很好地解釋了其選擇性不足的原因，也為其臨床上較常見的味覺相關(guān)不良反應(yīng)提供了結(jié)構(gòu)依據(jù)。相比之下， Camlipixant 的結(jié)合位點(diǎn)完全不同。它結(jié)合在 P2X3 細(xì)胞外前庭區(qū)一個更具亞型特異性的別構(gòu)位點(diǎn)，該位點(diǎn)的關(guān)鍵殘基在 P2X2/3 異聚體中并不保守，導(dǎo)致 Camlipixant 很難穩(wěn)定結(jié)合異聚體。結(jié)構(gòu)與功能實(shí)驗(yàn)共同表明，正是這一 “ 利用差異性位點(diǎn) ” 的識別方式，使 Camlipixant 對 P2X3 表現(xiàn)出遠(yuǎn)高于 P2X2/3 的選擇性。這也說明，如果藥物設(shè)計(jì)能夠避開保守口袋、轉(zhuǎn)而利用 P2X3 特有的結(jié)構(gòu)微環(huán)境，就有望在保留鎮(zhèn)咳活性的同時降低味覺副作用。

綜上所述，這項(xiàng)工作提供了首個關(guān)于人源P2X2/3異聚受體的高分辨率結(jié)構(gòu)框架，不僅澄清了其組裝方式和非對稱構(gòu)象特征，也系統(tǒng)解釋了不同P2X3拮抗劑選擇性差異的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。更重要的是，這些結(jié)果為慢性咳嗽藥物研發(fā)提供了一個清晰思路：以 P2X3 同聚體為主要鎮(zhèn)咳靶點(diǎn)，同時盡量避免作用于味覺傳入神經(jīng)相關(guān)的 P2X2/3 異聚體，從而實(shí)現(xiàn)療效與耐受性的平衡。本研究為下一代高選擇性 P2X3 拮抗劑的理性設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)，也為理解異聚離子通道如何通過亞基組合塑造藥理學(xué)特征提供新的范例。

南昌大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院博士生成心宇為本文的獨(dú)立第一作者。 張進(jìn)教授為本文的通訊作者。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea9268

制版人： 十一

學(xué)術(shù)合作組織

（*排名不分先后）

戰(zhàn)略合作伙伴

（*排名不分先后）

轉(zhuǎn)載須知

【非原創(chuàng)文章】本文著作權(quán)歸文章作者所有，歡迎個人轉(zhuǎn)發(fā)分享，未經(jīng)作者的允許禁止轉(zhuǎn)載，作者擁有所有法定權(quán)利，違者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

近期直播推薦

點(diǎn)擊主頁推薦活動

關(guān)注更多最新活動！