電生理檢測助力可抑制心臟傳導的新型鈉通道Nav1.5抑制劑的篩選鑒定
簡介：
電壓門控鈉通道（Navs）含多種亞型，其中Nav1.5是心臟主要鈉通道亞型，對維持心臟正常電活動至關(guān)重要，是Ⅰ類抗心律失常藥物的經(jīng)典治療靶點，其相關(guān)基因突變與長QT綜合征、房顫等多種心臟疾病相關(guān)。傳統(tǒng)Nav1.5抑制劑（如奎尼丁、氟卡尼等）存在亞型選擇性差、副作用明顯、部分特殊患者（如腎功能不全者、關(guān)鍵結(jié)合位點突變者）治療受限等問題。
基于此，浙江大學藥學院侯廷軍教授課題組在Acta Pharmacologica Sinica雜志發(fā)表題為“Discovery of a novel Nav1.5 inhibitor reducing cardiac conduction via structure-based virtual screening and assays”的研究論文。
本文旨在通過整合基于結(jié)構(gòu)的虛擬篩選、分子動力學模擬、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、膜片鉗及電標測等技術(shù)，篩選并鑒定新型高效的Nav1.5抑制劑，探究其結(jié)合機制與對心臟傳導的調(diào)控作用，為解決傳統(tǒng)抗心律失常藥物存在的亞型選擇性差、副作用明顯等問題提供新方案，進而為靶向 Nav1.5的抗心律失常藥物研發(fā)提供有價值的候選化合物與參考依據(jù)。
結(jié)論：
本研究整合計算分析與實驗技術(shù)，證實化合物KH2是一種新型Nav1.5抑制劑，可特異性靶向中央腔結(jié)合口袋。通過電生理檢測技術(shù)發(fā)現(xiàn)，KH2能夠降低心房與心室的傳導速度，進而改變心肌的除極與復極過程。上述研究結(jié)果為后續(xù)構(gòu)效關(guān)系研究及類似物設計奠定了堅實基礎(chǔ)，可為藥物優(yōu)化工作提供支撐。綜上，本研究發(fā)現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)全新的Nav1.5抑制劑，為抗心律失常藥物的靶向研發(fā)提供了重要參考。
研究結(jié)果：
1. KH2作為新型鈉通道Nav1.5抑制劑的鑒定
本研究采用整合性藥物發(fā)現(xiàn)策略，經(jīng)大規(guī)�；衔锖Y選得到Nav1.5抑制劑KH1，再通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化獲得衍生物KH2。KH2對Nav1.5的抑制活性優(yōu)于KH1，且對Nav1.5的選擇性顯著高于其他Nav亞型，是一種結(jié)構(gòu)新穎的強效抑制劑。
圖1. 本研究采用了整合性藥物發(fā)現(xiàn)策略
圖2. KH2的抑制活性與亞型選擇性
本研究結(jié)合計算生物學技術(shù)與定點突變實驗，探究KH2與Nav1.5中央腔結(jié)合口袋的結(jié)合穩(wěn)定性及作用機制。經(jīng)IFD對接、多重復MD模擬及結(jié)合能計算，證實KH2可在口袋內(nèi)穩(wěn)定結(jié)合，且以疏水作用為主。單點突變實驗表明C896、L931、F1760等殘基對KH2結(jié)合至關(guān)重要，T1417影響通道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；多位點突變驗證了關(guān)鍵殘基的協(xié)同效應。綜上，KH2主要通過與特定疏水氨基酸殘基相互作用，穩(wěn)定結(jié)合于Nav1.5的中央腔結(jié)合口袋。
圖3. 分子動力學模擬與定點突變技術(shù)，預測了KH2在中央腔結(jié)合口袋中的結(jié)合構(gòu)象
3. KH2可降低心臟傳導功能
本研究采用電標測技術(shù)探究KH2對離體大鼠心臟的作用，將電極置于左心房與左心室監(jiān)測電活動。結(jié)果顯示，低濃度KH2可一過性升高心率、降低心房傳導速度且不改變傳導方向；高濃度KH2顯著延長有效不應期及PR、QRS、QT間期，抑制心室傳導速度，但對房室延遲無影響，其作用與阻滯鈉通道、調(diào)控心肌除極復極過程相關(guān)。此外，KH2對hERG電流的抑制活性遠低于Nav1.5，對Kir2.1電流無顯著抑制，且超治療劑量下無急性全身及神經(jīng)行為毒性。綜上，KH2有望為治療傳導異常性心律失常提供潛在方案。
圖4. KH2降低離體大鼠心臟左心房傳導速度
4. KH2表現(xiàn)出獨特的結(jié)合機制
本研究對比KH2與奎尼丁等三種抗心律失常藥結(jié)合Nav1.5的構(gòu)象，發(fā)現(xiàn)它們均結(jié)合于Nav1.5中央腔口袋，且均受F1760殘基影響。但KH2的結(jié)合位置、構(gòu)象與傳統(tǒng)藥物不同，傳統(tǒng)藥物靠極性作用結(jié)合，KH2則通過非共價作用穩(wěn)定結(jié)合，結(jié)構(gòu)和作用機制均具獨特性。
圖5. KH2與部分已知抑制劑在中央腔結(jié)合口袋的結(jié)合構(gòu)象比較
本文應用多通道電生理標測技術(shù)對不同組大鼠心臟電生理信號進行標測，結(jié)果證明低濃度KH2可一過性升高心率、降低心房傳導速度且不改變傳導方向；高濃度KH2顯著延長有效不應期及PR、QRS、QT 間期，抑制心室傳導速度，但對房室延遲無影響，其作用與阻滯鈉通道、調(diào)控心肌除極復極過程相關(guān)。
