疼痛的顏寧藥研滋味很難受，這是團隊幾乎人人都有過的體驗，有時候痛起來真“要命”。發文發新

痛，指路止痛這看似發生在一瞬間的聞科感受，其實包含著一系列信號傳遞。學網阻斷痛覺，顏寧藥研首先要弄清其傳感通路。團隊

7月7日，發文發新美國普林斯頓大學教授顏寧團隊的指路止痛最新成果在線發表于《自然》。

該研究首次解析了人源神經組織N型電壓門控鈣離子通道3.1埃分辨率的聞科高清三維結構，為理解其功能提供了線索。學網

研究還解析了3.0埃的顏寧藥研止痛藥齊考諾肽（Ziconotide）阻斷該通道的結構，為該通道的團隊特異性止痛藥物研發提供思路。

切斷通路 無法感知疼痛

當針尖扎入人體，發文發新當滾油濺到皮膚上時，遍布全身的神經末梢最先感受到，它會將刺激信號轉化為電信號，傳遞給位于脊髓中的中樞神經系統，中樞神經系統再將電信號轉化為化學信號——神經遞質，最后傳輸至大腦。

在從電信號至化學信號的轉化過程中，離不開Cav2.2，即神經組織N型電壓門控鈣離子通道的參與。

電壓門控離子通道是細胞控制離子運輸的一類重要蛋白，包括鈣離子、鉀離子、鈉離子等的運輸。

它們在眾多生理過程中扮演著重要角色，如基因表達、神經信號傳遞、肌肉收縮、神經退行性疾病、心臟病、精神疾病等。離子通道蛋白是目前僅次于GPCR（G蛋白偶聯受體）的第二大藥物治療靶點。

鈣離子（Ca²⁺）作為生物體內重要的第二信使，參與著肌肉收縮、神經信號傳遞、腺體分泌、基因轉錄調控及細胞凋亡等生命過程。

電壓門控鈣離子通道（Cav）蛋白家族包括10個成員，根據其序列上的差異，可分為3個亞家族，分別是Cav1.1-1.4、Cav2.1-2.3、Cav3.1-3.3。

近年來，顏寧團隊一直致力于解析不同亞型Cav的三維結構，此前已成功解析出Cav1.1、Cav3.1等復合物結構。

在該研究中，他們聚焦于家族成員Cav2.2。當細胞膜電位發生變化時，Cav2.2會被立即激活，開啟通道閘門，以便信使Ca²⁺順利從細胞膜外進入膜內，從而促進神經遞質的釋放，引發一系列下游信號通路。

因此，如果人為切斷Cav2.2，神經信號難以傳導，大腦也就無法感知疼痛了。

Cav2.2形似一匹躍起的“駿馬”

要切斷Cav2.2并不容易。它和“家人們”長得非常相似，能夠調控Cav2.2的分子，往往也能調控其他成員，從而引起異常的生理反應。這成了相關止痛藥物研發的瓶頸。

目前上市的僅有一種依靠阻隔Cav2.2來發揮作用的止痛藥——齊考諾肽。與阿片類止痛藥相比，它不會成癮，效果不會隨用量增多而變差，幾乎能夠緩解所有疼痛，同時擁有極強的止痛效力，是阿片類止痛藥的1000倍。

但齊考諾肽只能通過鞘內注射給藥，即通過腰穿將藥物直接注入蛛網膜下腔，使藥物彌散在腦脊液中。“大家都希望能以齊考諾肽為模板，開發出服用方便、更加安全有效的止痛藥。”論文第一作者、普林斯頓大學分子生物學系博士后高帥說。

“從結構生物學的角度，我們想知道，Cav2.2的結構是怎樣的、齊考諾肽與它是怎么結合的。只有了解清楚它的結構和機理，才能針對相應的蛋白設計靶向藥物。”論文共同第一作者、普林斯頓大學分子生物學系博士后姚霞說。

利用單顆粒冷凍電鏡方法，研究人員重構了分辨率為3.0埃的人源Cav2.2蛋白復合物與齊考諾肽結合前后的三維結構。

三維重構圖顯示，Cav2.2的3個亞基相互交疊，形似一匹騰空躍起的“駿馬”，α2δ-1構成的“馬頭和脖子”伸向細胞膜外，α1構成“馬身和前蹄”跨過整個跨膜區，留下“后腿”β3蹬在細胞膜內，作為支撐。

高帥介紹，“齊考諾肽就結合在鈣離子運輸的入口處。相對于結合前，α2δ-1和α1的膜外環狀結構協同向上進行位移，空出位置，‘讓路’給齊考諾肽，便于它與蛋白結合。”

為止痛藥物研發提供思路

對其三維結構進行深入分析計算后，研究人員解析了β3與α1亞基的相互作用。

“我們還發現，與此前研究的Cav1.1、Cav3.1不同，Cav2.2多了CH1和CH2兩個結構片段。”姚霞說，同時，Cav2.2的4個電壓感受器（VSD）并未同時升起，其中VSD2呈現出“down”的構象狀態，這在其他家族成員的VSD構象中從未觀察到。

經過進一步分析，研究人員還在其VSD2中發現了磷脂分子PIP2，它有助于其“down”構象的穩定。

“這很令人驚喜。目前我們還無法準確判斷整個蛋白處于何種功能狀態、它為何如此呈現，這也是未來需要研究的問題。”她說。

高帥表示，“我們對家族代表成員Cav2.2的結構解析，為今后Cav通道調控的結構和機理研究奠定了基礎，也為針對Cav2.2的止痛藥物設計和研發提供了思路。”

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03699-6