Cell：顏寧團隊破解藥物聯(lián)合使用的致命副作用機制

2022.11.23

　　抗病毒藥物索非布韋（sofosbuvir）與抗心律失常藥物胺碘酮的藥物相互作用已被報道可引起致命的心跳減慢。據(jù)報道，Sofosbuvir及其類似物MNI-1可增強胺碘酮對心肌細胞鈣離子處理的抑制作用，并可能對l型Cav通道產(chǎn)生抑制作用，但其分子機制尚不清楚。而胺碘酮是一種多通道拮抗劑。

　　2022年11月22日，普林斯頓大學(xué)顏寧與高帥在Cell 雜志在線發(fā)表題為“Structural basis for the severe adverse interaction of sofosbuvir and amiodarone on L-type Cav channels”的研究論文,該研究對胺碘酮或sofosbuvir單獨處理或sofosbuvir/MNI-1與胺碘酮聯(lián)合處理的Cav1.1和Cav1.3進行了系統(tǒng)的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)分析。

　　發(fā)現(xiàn)胺碘酮單獨占據(jù)二氫吡啶的結(jié)合位點，而sofosbuvir單獨使用時不在通道中。在胺碘酮存在的情況下，sofosbuvir/MNI-1通過與胺碘酮的特異性相互作用錨定在孔域的中央空腔中，直接阻斷離子滲透路徑。總之，這項研究揭示了兩種藥物在Cav通道支架上的物理、藥效學(xué)相互作用的分子基礎(chǔ)。

　　Sofosbuvir(或Sovaldi，縮寫為SOF)于2013年獲美國食品和藥物管理局批準，是一種治療丙型肝炎的有效藥物。2015年，據(jù)報道，在聯(lián)合應(yīng)用SOF和胺碘酮(amiodarone, AMIO)治療室性心律失常和房顫的III類抗心律失常藥物后，患者出現(xiàn)嚴重的心跳減慢，包括一例死亡。SOF是一種針對丙型肝炎病毒(hepatitis C virus, HCV)非結(jié)構(gòu)蛋白5B (NS5B) RNA聚合酶的核苷酸模擬抑制劑，而AMIO是一種多通道阻滯劑，可作用于Ca2+、Na+和K+通道。隨后的研究表明，SOF或其類似物MNI-1 (MRL)增強了AMIO在人心肌細胞中的鈣處理作用，并增強了AMIO對l型Ca2+通道(L-type Ca2+ channels, LTCC)的抑制作用。然而，潛在的分子機制還不清楚。

　　LTCCs，也被稱為二氫吡啶受體(dihydropyridine receptors, DHPR)，指電壓門控Ca2+通道的Cav1亞家族。LTCCs是由核心α1亞基、細胞外a2d亞基、細胞內(nèi)b亞基和某些復(fù)合物的跨膜G亞基組成的異質(zhì)通道。Cav通道的分類基于α1亞基，它包括4個重復(fù)，每個重復(fù)包含6個跨膜段S1-S6。每個重復(fù)的S1-S4段構(gòu)成電壓敏感域(

　　voltage-sensing domain, VSD)，它隨著膜電位的波動而發(fā)生構(gòu)象變化。四個重復(fù)序列的S5和S6片段包圍了負責(zé)選擇性Ca2+電導(dǎo)的中央孔隙域(pore domain, PD)。

　　在四個Cav1成員中，Cav1.1專門負責(zé)骨骼肌的興奮-收縮耦合(excitation-contraction coupling, ECC)。Cav1.4主要在視網(wǎng)膜中發(fā)揮作用，對神經(jīng)遞質(zhì)釋放起關(guān)鍵作用。Cav1.2和Cav1.3在心臟、大腦和內(nèi)分泌細胞中表現(xiàn)出更多樣化的組織分布。Cav1.2和Cav1.3功能障礙在各種心律失常中均有表現(xiàn)。Cav1.2控制心肌細胞的ECC，而竇房結(jié)和房室結(jié)的主要亞型Cav1.3是起搏器活性所必需的。一直以來，SOF/MNI-1和AMIO的DDI干擾心肌細胞模型中的鈣處理和Cav1.2和Cav1.3通道活性。

　　為了分析SOF/MNI-1和AMIO在Cav1.2和Cav1.3通道上DDI的分子基礎(chǔ)，顏寧團隊著手解決不同藥物組合補充的LTCCs的結(jié)構(gòu)。長期以來，從兔骨骼肌分離出的多亞基Cav1.1復(fù)合體(命名為rCav1.1)一直是各種抗高血壓藥物(如DHP藥物和孔隙阻滯劑)調(diào)節(jié)LTCC的結(jié)構(gòu)分析的原型。

　　由于LTCC成員之間的序列高度相似，研究人員首先收集了AMIO或AMIO結(jié)合MNI-1(簡稱為AM)處理的rCav1.1的冷凍電鏡數(shù)據(jù)。為了研究生理上更相關(guān)的人類LTCCs上的DDI，研究人員成功地通過在HEK293細胞中重組表達獲得了人類三元Cav1.3復(fù)合體，發(fā)現(xiàn)由a1、a2d-1和b3亞基組成。

　　通過收集Cav1.3分別與AMIO、SOF和AMIO聯(lián)合SOF(簡稱AS)孵育的冷凍電鏡數(shù)據(jù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析表明，AMIO單獨插入LTCCs的重復(fù)III和IV封閉的孔窗。單獨使用時，SOF和MNI-1都不能與通道綁定。然而，在AMIO存在的情況下，無論是SOF還是MNI-1都能夠作為孔隙阻斷劑，直接阻斷離子在通道中央空腔中的滲透路徑。