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从细胞的角度来看，相同受体的同一位点能根据配体差异导致不同的下游效应，这也被称作偏好性/偏向性现象。而偏好性信号转导是指配体以一种特定的方式激活或调节受体功能，从而引发特定的细胞反应，目前该现象主要与G蛋白偶联受体（GPCRs）相关联。 这种现象使研究人员能够设计选择性激活特定途径的药物，因此能产生更有针对性和有效的治疗并规避副作用，比如针对阿片受体的偏好性镇痛药物，以及针对GLP-1受体的减重药物研发。然而，我们仍然不清楚偏好性信号转导是否广泛存在于离子通道等其他类型的药物靶标蛋白中。 辣椒素（香草素）受体TRPV1是一种非选择性阳离子通道。TRPV1最初由David Julius教授在探索辣椒素引起痛觉的机制时发现，随后Julius教授在研究TRPV1如何感知热量时意识到，TRPV1还是一种热敏受体——在感受痛觉的温度下，受体被激活了。此外，TRPV1还可以被酸、肽毒素以及各种配体激活。
▲离子通道的配体在同一位点的微小差异也可介导偏好性信号编码（图片来源：研究团队） TRPV1的发现为Julius教授带来了2021年的诺贝尔生理学或医学奖，这种受体也因为参与急性和慢性疼痛，尤其是与炎症相关的疼痛而成为具有广泛研究前景的镇痛靶点。辣椒素已被用于缓解炎症、烧伤、骨关节炎等患者的疼痛；此外，多种TRPV1拮抗剂候选药物进入了临床试验阶段。不过，目前TRPV1激动剂/拮抗剂的研发存在一大难点，那就是它们往往会引起核心体温（CBT）剧烈变化。例如，高剂量辣椒素会引起CBT剧烈下降，而大部分TRPV1拮抗剂造成CBT升高，这极大限制了相关药物的使用可能性。 为何TRPV1靶向药物在镇痛的同时会剧烈改变核心体温，其中的分子机制尚不清楚。 2024年3月15日，中国药科大学于烨团队在Neuron上发表的论文向我们解答了这一问题。研究在比较不同拮抗剂识别TRPV1的模式时，发现了细微却关键的差别——升温拮抗剂结合时会特异性引起特定区域的构象变化。基于这一发现，作者筛选出了远离构象变化区域的拮抗剂PSFL2874，并在小鼠实验中证实了其在镇痛的同时不影响CBT。
该研究首次证实，除了GPCR，离子通道的配体在同一位点的微小差异也可介导偏好性信号编码。这项发现进一步拓宽了偏好性的概念，同时为靶向TRPV1的安全有效的镇痛药物研发打下了基础。 此前主流的理论认为，TRPV1拮抗剂对CBT的不同影响，主要是由于它们对TRPV1酸激活模式的扰动存在差异。然而，最新研究通过比较4种拮抗剂对TRPV1 多模式门控及转基因小鼠CBT的影响发现，TRPV1拮抗剂对CBT的改变与酸激活无关。此外，不同的给药途径、是否有毛发覆盖、CBT节律波动以及炎症也不会影响TRPV1药物对CBT的差异化作用。 在排除了以上候选机制后，作者在实验中找到了关键线索。这4种拮抗剂均结合在香草素口袋，不过在识别模式上存在细微却关键的差异。引起CBT升高的拮抗剂偏向结合在口袋右下方，而不影响体温的拮抗剂则结合在香草素口袋左上方。从结构上来说，升温拮抗剂引起S4-S5 linker和TRP-box的构象变化，但不影响体温的拮抗剂则不会产生此类构象变化。因此作者推测，TRPV1通道蛋白也存在偏好性变构，分别用于编码痛觉和体温调节的信号，而上述结构变化则是影响CBT的关键。 ▲四种拮抗剂在香草素口袋的精细识别模式（图片来源：研究团队） 基于这一发现，研究团队在化合物库中对远离S4-S5 linker和TRP-box区域的候选分子进行高通量筛选，并且成功找到了拮抗剂PSFL2874。在慢性炎症及小鼠眼球擦拭疼痛这两种疼痛小鼠模型中，PSFL2874在展现出依赖于TRPV1的镇痛作用的同时，还避免引起CBT的变化——即使在远高于镇痛活性的剂量下，小鼠的CBT也没有出现显著变化。 ▲升温拮抗剂的结合引起S4-S5 linker 和TRP-box的构象变化（图片来源：研究团队） 因此，该项研究工作首次提出TRPV1中在同一位点结合不同配体的细微差别编码了痛觉和体温调节的功能。这一发现挑战了将受体视为简单开与关的传统观点，并突出了通道蛋白也存在连续、偏好性信号编码的受体复杂性，为研发TRPV1靶向且不改变体温的非阿片类镇痛药物研发提供了扎实的基础。 中国药科大学博士生黄毅哲、博士后孙萌阳、硕士生马静娴、博士生边宇婧为本文的主要贡献者。此外，中国药科大学药学拔尖班本科生白秦儒、硕士生高宇豪、狄淑珂、邵长艳等也做出了贡献。 |
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