SB-366791

撰文︱课题组 责编︱王思珍  疼痛是人类最普遍的痛苦体验之一，非阿片类镇痛药的研发一直是生物医药领域的研究热点。其中，瞬时受体电位香草酸亚型1（Transient Receptor Potential Vanilloid 1, TRPV1）作为公认的“黄金靶点”[1]，可被热、酸、辣椒素等多种伤害性刺激激活，广泛分布于外周感觉神经元，其调控机制的解析对镇痛药物研发具有关键指导意义。然而，靶向TRPV1的镇痛剂的临床转化之路却布满荆棘。21世纪初，安进（Amgen）、默克（Merck）等公司开发的TRPV1拮抗剂在进入临床一期或二期实验时，均观察到了严重的副作用——体温异常升高（Hyperthermia）[2]。部分受试者的体温甚至飙升至40℃左右。由于无法将镇痛作用与致热副作用完全分离，大量候选药物被迫终止研发，极大阻碍了TRPV1靶向药物的产业化进程。 中国药科大学/兰州大学于烨教授团队于2024年3月在《Neuron》期刊发表的研究（DOI: 10.1016/j.neuron.2024.02.016），为破解这一难题提供了重要契机。该研究首次证实，TRPV1可被不同配体差异性锁定于“镇痛构象”和/或“致热构象”，实现同一离子通道蛋白上疼痛抑制与体温调定点下移的功能分流，为“离子通道偏好性调节-功能编码”范式奠定了结构与功能双重基础[3]。需要指出的是，上述研究仅通过突变技术与电压钳荧光法（Voltage-Clamp Fluorometry, VCF）分析揭示了TRPV1的局部构象变化。要全面阐明TRPV1靶向镇痛剂诱导高温反应的结构基础，进一步推动高选择性镇痛药物的研发，在原子水平直接“捕获”TRPV1对应的偏好性构象，成为当前领域亟待解决的关键科学问题。 近日，来自中国药科大学/兰州大学的于烨教授团队、中国药科大学的肖易倍教授团队、和来自浙江大学的杨帆教授团队合作在Cell Reports上发表了题为“Structures of TRPV1 bound by hyperthermia-inducing analgesics”的研究论文，首次揭示了致热型拮抗剂诱导的TRPV1偏好性构象。这一发现不仅在基础科学层面阐明了离子通道的非对称性变构机制，更为开发“镇痛不致热”的新一代非阿片类镇痛药指明了方向。研究团队采用冷冻电镜（Cryo-EM）单颗粒分析技术，解析了大鼠TRPV1（rTRPV1）与AMG517、AMG9810（高效镇痛但具有强烈致热效应），以及SB366791（不致热）复合物的高分辨率结构，揭示了这些具有截然不同致热效应的TRPV1镇痛剂在香草素结合口袋中的结合模式与关键位点。 尽管这些小分子都结合在位于S3和S4螺旋之间的经典的香草素口袋中，但其结合深度的差异和相互作用残基引人注目。致热型拮抗剂AMG 517像一枚楔子，深深地嵌入口袋的底部。其分子中的氟代基团和酰胺键与TRPV1的R557、Y511等残基形成了稳定的相互作用网。相比之下，非致热型拮抗剂SB366791则结合得相对较“浅”。 图1 rTRPV1-AMG517/SB366791复合物结构 图2 AMG517-rTRPV1复合物结构的全局构象变化 更重要的是，致热型拮抗剂并非简单地“关闭”通道，而是将其诱导至一种特殊的“偏好性构象”（Biased conformation）。对比Apo（无配体状态）或SB366791结合的TRPV1结构， AMG 517结合后，通过吸引S4-S5 linker并引发相邻残基的协同位移，促使TRP-box及相连的S6 helix向配体方向移动。在传统的拮抗状态下，S6门控应该是紧闭的，足以阻断所有离子流。但在AMG 517的结构中，研究人员观察到S6螺旋在I679残基位置发生了部分扩张。虽然这个尺寸仍然不足以让带水化壳的阳离子（如钠、钙离子）顺畅通过，但这种“似关非关、似开非开”的状态，可能是导致体温失调的关键。此外，在AMG517结合状态下，外围的S1-S4 bundle会发生轻微旋转并向外侧移动，远离孔道扩张。这种S1-S4 bundle的外部扩张或为S5和S6 helix的外移提供空间，相互适应，表明这些结构域之间存在协调有序的构象变化。这些由致热拮抗剂AMG517和AMG9810特异性引发的结构改变，很可能构成了人类与实验动物病理性体温升高的结构基础。 图3 致热拮抗剂引起全局构象变化的机制图 图4 研究总结图 文章结论与讨论，（未来）启发与展望 综上，本研究深入揭示了致热镇痛剂与rTRPV1之间的相互作用，将关键构象变化与啮齿类哺乳动物核心体温调节联系起来。一方面，这项研究是离子通道变构理论的突破。本研究证明，拮抗剂可以通过诱导特定的偏好性构象，实现功能的分离（Dissociation of functions）。这为离子通道的“偏好性激动/拮抗”（Biased agonism/antagonism）提供了最直观的结构证据。另一方面，基于此有望解决相关药物研发的临床痛点。既然我们已经“看到”了那个会导致发热的坏构象，那么在未来的药物筛选中，我们就可以利用高通量筛选或计算机辅助药物设计（CADD），刻意规避那些会引起S1-S4偏转和S6部分扩张的分子。目前，全球仍有数以亿计的慢性疼痛患者依赖于副作用巨大的阿片类药物。TRPV1新一代“非致热”拮抗剂的研发，有望彻底改变这一现状，为广大患者提供更安全、高效的镇痛选择。 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.116765 中国药科大学硕士生高宇豪、博士生黄毅哲、博士后李兆星、浙江大学博士后陈晓莹为本文的主要贡献者，中国药科大学/兰州大学的于烨、中国药科大学的肖易倍、浙江大学的杨帆教授为并列通讯作者，中国药科大学基础医学与临床药学学院为第一单位。此外，中国药科大学硕士生邵长艳、刘彬、博士生李瀚文、杨凡等也做出了贡献。 转载须知：“逻辑神经科学”特邀稿件，且作者授权发布；本内容著作权归作者和“逻辑神经科学”共同所有；欢迎个人转发分享，未经授权禁止转载，违者必究。 【神经科学/脑科学/神经生物学科研服务系列汇总】 【神经科学/脑科学/神经生物学科研培训系列汇总】 （科研服务和培训不断更新；培训定期举办） （点击蓝色标题阅读全文） 联系方式：15108204441（电话），Wang_Sizhen（微信） “逻辑神经科学”微信群：文献学习 扫码添加微信，并备注：逻辑-文献-姓名-单位-研究领域-学位/职称 （注：不按要求格式备注，则不通过好友申请） = 参考文献 1.Iftinca, M., Defaye, M., and Altier, C. (2021). TRPV1-Targeted Drugs in Development for Human Pain Conditions. Drugs 81, 7-27. 10.1007/s40265-020-01429-2. 2.Gavva, N.R., Treanor, J.J., Garami, A., Fang, L., Surapaneni, S., Akrami, A., Alvarez, F., Bak, A., Darling, M., Gore, A., et al. (2008). Pharmacological blockade of the vanilloid receptor TRPV1 elicits marked hyperthermia in humans. Pain 136, 202-210. 10.1016/j.pain.2008.01.024. 3.Huang, Y.Z., Ma, J.X., Bian, Y.J., Bai, Q.R., Gao, Y.H., Di, S.K., Lei, Y.T., Yang, H., Yang, X.N., Shao, C.Y., et al. (2024). TRPV1 analgesics disturb core body temperature via a biased allosteric mechanism involving conformations distinct from that for nociception. Neuron 112, 1815-1831.e1814. 10.1016/j.neuron.2024.02.016. 编辑︱王思珍 本文完