科學家以蜈蚣毒素作為探針揭示疼痛疾病機理

來源：生物谷作者：人氣：-發(fā)表時間：2015-10-10 10:51:00【大中小】

蜈蚣是現(xiàn)存最古老的節(jié)肢動物之一，發(fā)現(xiàn)的蜈蚣化石可以追溯到4億3千萬年之前。它們的捕食范圍很廣，包括昆蟲、魚類、軟體動物、兩棲類、爬行類甚至是哺乳類動物。蜈蚣的毒液承擔著為蜈蚣提供捕食、防御和競爭的重要責任。中國科學院昆明動物研究所研究員賴仞團隊前期對蜈蚣毒液的研究已經證實，蜈蚣毒液中存在大量作用于離子通道的多肽毒素(Yang et al., 2012; Yang et al., 2013; Rong et al., 2015)。

TRPV1通道是哺乳動物感受化學刺激和周圍環(huán)境溫度變化的重要感受元件。紅辣椒含有的辣椒素(capsaicin)可以結合在TRPV1的胞內區(qū)激活通道并引起哺乳動物產生“辣”、“熱”、“痛”的感覺。最近，賴仞領導的研究團隊與加州大學戴維斯分校鄭劼研究小組和北京大學藥學院王克威研究小組合作研究發(fā)現(xiàn)，蜈蚣毒液中存在一種多肽毒素(RhTx)也利用TRPV1激活產生的生理學反應為蜈蚣提供防御的分子策略。

根據(jù)研究人員早期的實驗現(xiàn)象，類似于被蜈蚣叮咬，小鼠注射蜈蚣粗毒后會產生劇烈的疼痛行為。在復雜的粗毒的眾多成分中他們分離純化并鑒定到一種多肽神經毒素RhTx，RhTx能誘導野生型小鼠產生劇烈的急性疼痛，而在TRPV1敲除鼠上則不能產生疼痛。

隨后，研究人員利用瞬時轉染過表達TRPV1的HEK293細胞，確認了TRPV1確實是RhTx的作用靶點。cDNA的克隆結果顯示，編碼RhTx的mRNA首先翻譯成一個由69個氨基酸殘基組成的前體蛋白，而毒液中的RhTx需要經歷翻譯后修飾的過程并最終形成由27個氨基酸殘基組成的成熟RhTx。核磁共振結構表明RhTx是一個結構緊湊的多肽毒素，兩對分子內二硫鍵將這個多肽連接成這個緊密的結構。為了了解RhTx激活TRPV1的門控機制，他們運用激光加熱和降溫實驗對RhTx激活TRPV1時的溫度依賴性進行研究，結果發(fā)現(xiàn)，RhTx激活TRPV1的方式是通過降低TRPV1熱激活閾值實現(xiàn)的。

因為RhTx直接與TRPV1熱激活門控過程相互作用，所以RhTx是理解TRPV1在熱激活變構過程的有力的分子探針。研究人員首先利用了RhTx和TRPV1的點突變對RhTx-TRPV1相互作用的分子機制進行研究從而了解到RhTx利用一個富電荷的分子表面結合TRPV1的通道孔區(qū)結構域。基于這些功能實驗，他們使用基于Rosseta的模擬完成了對RhTX-TRPV1復合物結構的運算。結果表明，RhTx結合在兩個TRPV1亞基之間形成的凹槽結構中，在這個位置上，RhTx可以利用電場力和疏水力與通道的孔區(qū)轉角結構和螺旋結構進行直接的相互作用并且通過影響TRPV1的熱激活門控過程激活通道。

作為一個與疼痛信號傳遞相關的靶點，在近期，TRPV1已經被作為鎮(zhèn)痛藥QX-314或細胞毒素Ca2+抑制神經元的入口來進行研究。另外，多肽毒素諸如芋螺毒素已經顯示出極大的開發(fā)成為鎮(zhèn)痛藥物的潛力。通過該研究，RhTx成為一個已知作用方式的TRPV1激動劑，未來的蛋白修飾應該可以基于該研究改變RhTx的功能甚至使RhTx變成一個TRPV1的抑制劑。因此，RhTx和未來基于RhTx的衍生物，可能會開啟一條嶄新的控制痛覺感受器的途徑。

該論文在線發(fā)表在Nature Communication上，中科院昆明動物所博士研究生楊仕隆、加州大學戴維斯分校博士楊帆和北京大學博士研究生衛(wèi)寧寧為共同第一作者。該研究得到中科院重點部署項目、國家自然科學基金、科技部“973”項目的資助。

圖注：(A) 在冷凍電鏡結構上突變上標記對RhTx激活有影響的殘基（側鏈標紅）。(B) RhTx與TRPV1（DkTx的激活態(tài)）的分子空間對接模型。其中RhTx標記為彩色，DkTx為紅色，TRPV1為灰色。(C) TRPV1關閉態(tài)結構（灰色）與其被RhTx結合時開放態(tài)的結構之間的相互比較（橙色）。