颜宁团队的研究新进展!

2023-07-07 10:16 · 生物探索

提及“大麻”二字,不少人最先想到的莫过于“成瘾植物”“传统毒品”。但事实上,大麻是一种古老的农作物,最初被用来制作绳子和衣服,甚至可算作“五谷”之一。《周礼·天官

提及“大麻”二字,不少人最先想到的莫过于“成瘾植物”“传统毒品”。但事实上,大麻是一种古老的农作物,最初被用来制作绳子和衣服,甚至可算作“五谷”之一。《周礼·天官·疾医》中提到,“以五味、五谷、五药养其病” ,其中的“五谷”便包括了麻、黍、稷、麦、豆。

至于其精神活性作用,古希腊历史学家希罗多德在公元前5世纪撰写的《历史》中有一段描写“欧亚大草原上的塞西亚人燃烧大麻籽”的文字,通常认为是人类吸食大麻的最早书面证据。而中国现存最早的中药著作《神农本草经》之中,也有“麻贲多食,人见鬼,狂走,久服通神明”的记载。

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《神农本草经》

不可置否,大麻是个令人“又爱又恨”的存在——除了成瘾外,大麻还具有重要的药用价值。

大麻具有成瘾性和危害性的主要原因在大麻素(Cannabinoid),而其组成成分有二:具有精神活性的四氢大麻酚(THC)和非精神活性物质的大麻二酚(CBD)。而后者CBD,便是大麻药用价值的重要来源。

随着医学界的不断深入调查,越来越多的研究发现了CBD的疗效,包括治疗压力、焦虑、失眠、慢性疼痛、炎症等疾病。同时大量临床试验显示,CBD是治疗某些形式的癫痫和疼痛的有效药物;早在2018年,FDA便已批准CBD用于治疗两种严重而罕见的癫痫。

已有大量研究证实,CBD与各种蛋白质之间的相互作用,尤其是膜蛋白。但究竟哪个靶点以及通路才是CBD治疗癫痫或疼痛的最重要目标呢?

依照先前的研究得知,CBD的作用之一是抑制电压门控钠(Nav)通道。与许多抑制Nav通道的药物类似,CBD与Nav通道的相互作用是状态依赖性的——与通道的关闭失活状态相比,CBD与Nav通道的关闭静息状态相结合的亲和力更高。

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人源Nav1.7-CBD复合物的冷冻电镜结构(图源:Nature Communications )

然而,在生理膜电位下,Nav通道处于静息和失活之间的高度电压依赖平衡状态。因此,即使药物与关闭状态的通道相结合,在耦合平衡机制的作用下,CBD与失活通道的紧密结合也会导致激活的静息状态通道减少。

为了得到更为具体的机制,来自普林斯顿大学/清华大学的颜宁及哈佛医学院Bruce P. Bean共同通讯在Nature Communications在线发表题为Cannabidiol inhibits Nav channels through two distinct binding sites的研究论文,揭示了CBD在亚微摩尔浓度下以状态依赖的方式与Nav1.7通道相互作用。

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doi: 10.1038/s41467-023-39307-6

电生理实验表明,相比于静息状态,CBD与失活状态的结合更紧密;具体来说,CBD能与失活状态的Nav1.7通道结合,解离常数约为50nM。

进一步,研究者获得了CBD与人类Nav1.7通道结合的冷冻电镜结构,发现了两个不同的结合位点。

一个结合位点靠近重复序列III和IV之间的短连接体上Ile/Phe/Met (IFM) 模体的失活“楔形”位置,该位点被称为CDB-1的I-位点,能介导稳定的快速失活状态。通过增加与IFM模体的结合,导致静止和失活通道之间的电压依赖平衡转移,以及膜被重新极化时从失活状态恢复回来的速度减慢。

而另一个结合位点,CDB-2的F-位点,则位于上孔附近的IV-I孔隙(fenestration)里;而CBD以保守的姿态与之结合。

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CBD绑定到I-站点时Nav1.7的构象变化

研究者总结道,这项研究结果出乎意料!CBD与Nav1.7通道上两个不同位点结合,但这两个位点不同于与以往在哺乳动物Nav1通道的结构数据中确定的其他小分子状态依赖性Nav抑制剂的结合位点。

颜宁团队开展的此项研究,具有重要的现实意义,在精确地找准了CBD与Nav1.7通道的结合位点之后,可基于该结构研发针对Nav通道的特异性药物,有助于规避CBD在治疗癫痫过程中的部分副作用,从而造福更多的患者。

文章来源“梅斯医学”

关键词: 颜宁