從PNAS到Nature／Cell子刊顏寧等團隊連發5篇！

　　背根神經節局部電壓門控鈉 (Nav) 通道 Nav1.8 代表了開發下一代鎮痛藥的有希望的靶標。Nav1.8 的一個突出特點是需要更多的去極化膜電位來激活。

　　2022年7月19日，原清華大學/普林斯頓大學顏寧及清華大學潘孝敬共同通訊在PNAS在線發表題為“Structural basis for high-voltage activation and subtype-specific inhibition of human Nav1.8”的研究論文，該研究報告了全長人類 Nav1.8 的結構并與 A-803467 結合的結構。第一個電壓感應域 (VSDI) 顯示三種不同的構象。結構引導誘變確定了 VSDI 和孔域 (PD) 之間的細胞外界面是激活的高壓依賴性的決定因素。

　　A-803467 在 PD 的中央腔內清晰地解決，握緊 S6IV。結構引導功能表征表明，兩個非配體結合殘基，S6I 上的 Thr397 和 S6III 上的 Gly1406，變構調節通道對 A-803467 的敏感性。人類Nav 通道可用結構的比較表明，細胞外環區域是開發亞型特異性孔阻塞生物制劑的潛在位點。總之，該研究的結構和功能分析為 Nav1.8 獨特的生物物理特性的分子基礎提供了重要的見解，并作為未來研究的框架。

　　另外，2022年5月13日，清華大學閆創業及普林斯頓大學顏寧共同通訊在Nature Communications 在線發表題為“Cryo-EM structure of human glucose transporter GLUT4”的研究論文，該研究報告了在洗滌劑膠束和脂質納米圓盤中以 3.3 ? 的分辨率與小分子抑制劑細胞松弛素 B (CCB) 結合的人 GLUT4 的冷凍電鏡結構。CCB 結合的 GLUT4 表現出向內開放的構象。 盡管跨膜結構域與 GLUT1 的構象幾乎相同，但冷凍電鏡結構揭示了一個細胞外糖基化位點和一個在 GLUT1 的晶體結構中不可見的細胞內螺旋。這里介紹的結構研究為進一步研究 GLUT4 運輸的調節機制奠定了基礎。該研究對 GLUT4 進行冷凍 EM 分析的方法也將有助于許多其他小尺寸溶質載體的結構測定。

　　2022年5月12日，普林斯頓大學顏寧及清華大學Jiang Xin共同通訊在Nature Communications 在線發表題為“Molecular basis for inhibiting human glucose transporters by exofacial inhibitors”的研究論文，該研究報告了一種 GLUT3 變體的工程，稱為 GLUT3exo，可用于篩選和驗證外表面抑制劑。該研究鑒定了一種外表面 GLUT3 抑制劑 SA47，并通過 SA47 結合的 GLUT3 的 2.3 ? 分辨率晶體結構闡明其作用方式。該研究為發現用于治療開發的 GLUTs 表面抑制劑提供了一個框架。

　　2022年4月26日，普林斯頓大學顏寧及西湖大學申懷宗共同通訊在Cell Reports 在線發表題為”High-resolution structures of human Nav1.7 reveal gating modulation through α-π helical transition of S6IV“的研究論文，該研究報告了與 β1 和 β2 亞基復合的野生型 (WT) Nav1.7 的 2.2-? 分辨率冷凍電鏡結構，揭示了幾個以前難以辨認的胞質片段。 重新處理報告的與各種毒素結合的 Nav1.7（E406K）結構的冷凍 EM 數據確定了 S6IV 的兩種不同構象，一種僅由 α 螺旋轉角組成，另一種在中間包含 π 螺旋轉角。在 3.5-? 分辨率下測定的無配體 Nav1.7(E406K) 的結構與 WT 通道相同，證實了 Huwentoxin IV 或 Protoxin II 與 VSDII 的結合變構誘導了 S6IV 的 α → π 轉變。這種局部二級結構轉變對孔域 (PD) 門控具有重大影響，并重塑了快速失活基序 Ile/Phe/Mel (IFM) 的適應位點。人類野生型Nav1.7 的高分辨率結構為有助于藥物發現的進一步生物物理和計算分析提供了準確的模板。肽門控修飾毒素 (GMTs) 結合后的構象變化揭示了 GMT 對孔門控的變構調節的機制理解。

　　2022年4月27日，普林斯頓大學顏寧團隊在Cell Research 在線發表題為”Structural basis for pore blockade of human voltage-gated calcium channel Cav1.3 by motion sickness drug cinnarizine“的研究論文，該研究發現與桂利嗪（cinnarizine ）結合的人 Cav1.3 通道的結構揭示了暈動病藥物對 LTCC 的直接孔隙阻斷。桂利嗪結合位點的局部結構變化導致隨后的螺旋段發生軸向旋轉。S6III中門控殘基定位螺旋轉角的α→π躍遷進一步收縮了離子滲透孔。這里顯示的結構以及之前的研究揭示了不同 Cav 通道調節劑 MOA 的分子細節，并為結構輔助藥物發現奠定了基礎。

　　電壓門控鈉 (Nav) 通道控制神經元和肌肉中的膜興奮性。盡管序列和結構高度相似，但不同的Nav通道亞型具有特定的組織分布和不同的電壓依賴性以及激活、失活和恢復的動力學。在9個哺乳動物 Nav 通道中，Nav1.8 是一種由 SCN10A 編碼的河豚毒素 (TTX) 抗性亞型，主要在感覺神經元中表達，例如背根神經節 (DRG) 神經元。與其他 Nav 亞型相比，Nav1.8 具有幾個獨特的生物物理特性，例如在更去極化的電壓下激活和在持續電流下更慢的失活，這使得 DRG 神經元的過度興奮成為可能。

　　Nav1.8 在痛覺中起作用。在疼痛性小纖維神經病變患者中發現了 Nav1.8 的促興奮性突變。另一方面，一種自然變體 A1073V 將激活的電壓依賴性轉移到更去極化的方向似乎可以改善疼痛癥狀。因此，外周 Nav1.8 的特異性抑制代表了開發非成癮性止痛藥的潛在策略。

　　幾種 Nav1.8 選擇性阻斷劑，如 VX-150 和 PF-06305591，已在臨床試驗中進行了測試。然而，大多數候選藥物由于各種原因未能達到 II 期試驗的終點，例如療效或選擇性不理想。Nav1.8 與先導化合物結合的結構將有助于優化藥物以提高效力和選擇性。研究人員專注于 A-803467，一種 Nav1.8 選擇性阻斷劑，用于結構分析。A-803467 在靜息狀態和失活狀態下均能抑制 Nav1.8。盡管不同組測量的濃度范圍很廣，從幾納摩爾到 1 μM 的反應抑制了 50% (IC50)，但 A-803467 始終顯示出對滅活通道的更高親和力。

與選擇性阻斷劑 A-803467 結合的人 Nav1.8 的冷凍電鏡分析（圖源自PNAS ）

　　在這項研究中，單獨報告了全長人類 Nav1.8 的結構并與 A-803467 結合的結構。基于結構和電生理學特征，試圖解決兩個問題：Nav1.8 高壓激活的基礎是什么，以及是什么決定了 A-803467 的亞型特異性？

　　與報道的真核 Nav 通道結構不同，其中第一個電壓感應域 (VSDI) 在一個穩定的構象中得到很好的分辨，在 Nav1.8 的冷凍電鏡圖中觀察到不同的 VSDI 構象。 VSDI 和孔域之間的細胞外界面被確定為 Nav1.8 對更高電壓激活的依賴性的決定因素。A-803467 在中央空腔內握緊 S6IV。出乎意料的是，A-803467 的通道選擇性是由非配體配位殘基通過變構機制決定的。總之，該研究的結構和功能分析為 Nav1.8 獨特的生物物理特性的分子基礎提供了重要的見解，并作為未來研究的框架。