科學(xué)家以蜈蚣毒素作為探針揭示疼痛疾病機(jī)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(dān)著為蜈蚣提供捕食、防御和競爭的重要責(zé)任。中國科學(xué)院昆明動物研究所研究員賴仞團(tuán)隊前期對蜈蚣毒液的研究已經(jīng)證實(shí)，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(xué)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(jié)合在TRPV1的胞內(nèi)區(qū)激活通道并引起哺乳動物產(chǎn)生“辣”、“熱”、“痛”的感覺。最近，賴仞領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊與加州大學(xué)戴維斯分校鄭劼研究小組和北京大學(xué)藥學(xué)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(chǎn)生的生理學(xué)反應(yīng)為蜈蚣提供防御的分子策略。

根據(jù)研究人員早期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，類似于被蜈蚣叮咬，小鼠注射蜈蚣粗毒后會產(chǎn)生劇烈的疼痛行為。在復(fù)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(jīng)毒素RhTx，RhTx能誘導(dǎo)野生型小鼠產(chǎn)生劇烈的急性疼痛，而在TRPV1敲除鼠上則不能產(chǎn)生疼痛。

隨后，研究人員利用瞬時轉(zhuǎn)染過表達(dá)TRPV1的HEK293細(xì)胞，確認(rèn)了TRPV1確實(shí)是RhTx的作用靶點(diǎn)。cDNA的克隆結(jié)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(jīng)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(jié)構(gòu)表明RhTx是一個結(jié)構(gòu)緊湊的多肽毒素，兩對分子內(nèi)二硫鍵將這個多肽連接成這個緊密的結(jié)構(gòu)。為了了解RhTx激活TRPV1的門控機(jī)制，他們運(yùn)用激光加熱和降溫實(shí)驗(yàn)對RhTx激活TRPV1時的溫度依賴性進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，RhTx激活TRPV1的方式是通過降低TRPV1熱激活閾值實(shí)現(xiàn)的。

因?yàn)镽hTx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(gòu)過程的有力的分子探針。研究人員首先利用了RhTx和TRPV1的點(diǎn)突變對RhTx-TRPV1相互作用的分子機(jī)制進(jìn)行研究從而了解到RhTx利用一個富電荷的分子表面結(jié)合TRPV1的通道孔區(qū)結(jié)構(gòu)域。基于這些功能實(shí)驗(yàn)，他們使用基于Rosseta的模擬完成了對RhTX-TRPV1復(fù)合物結(jié)構(gòu)的運(yùn)算。結(jié)果表明，RhTx結(jié)合在兩個TRPV1亞基之間形成的凹槽結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)和螺旋結(jié)構(gòu)進(jìn)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(guān)的靶點(diǎn)，在近期，TRPV1已經(jīng)被作為鎮(zhèn)痛藥QX-314或細(xì)胞毒素Ca2+抑制神經(jīng)元的入口來進(jìn)行研究。另外，多肽毒素諸如芋螺毒素已經(jīng)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(yīng)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(xué)戴維斯分校博士楊帆和北京大學(xué)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(diǎn)部署項目、國家自然科學(xué)基金、科技部“973”項目的資助。

圖注：(A) 在冷凍電鏡結(jié)構(gòu)上突變上標(biāo)記對RhTx激活有影響的殘基（側(cè)鏈標(biāo)紅）。(B) RhTx與TRPV1（DkTx的激活態(tài)）的分子空間對接模型。其中RhTx標(biāo)記為彩色，DkTx為紅色，TRPV1為灰色。(C) TRPV1關(guān)閉態(tài)結(jié)構(gòu)（灰色）與其被RhTx結(jié)合時開放態(tài)的結(jié)構(gòu)之間的相互比較（橙色）。