非洲黑曼巴蛇毒多肽特異性識別並抑制疼痛相關人源酸敏感通道的...

　　在自然選擇與進化過程中，很多動植物(如蛇，蠍，海葵等)獲得了生產毒液的能力，作為它們捕食或者自衛的手段。毒液中的多肽毒素能夠特異性作用於離子通道，細胞膜表面受體等與生命活動密切相關的蛋白質。毒素與靶標蛋白相互作用所具有的高特異性和高親和力的優勢使得毒素被作為分子工具，用來研究蛋白的結構與生理功能，並被開發成為治療疾病的藥物。

　　2012年，法國研究人員從黑曼巴蛇毒液中分離出來兩種多肽物質「Mambalgins」，可以讓老鼠止住疼痛。進一步的研究發現，Mambalgin能夠有效地抑制中樞神經系統和初級疼痛感受器中的酸敏感離子通道(Acid-Sensing Ion Channel，ASIC)活性，阻斷神經通路中與疼痛有關的信號，從而達到止痛的效果。Mambalgin的止痛效果和嗎啡相當，副作用更小，因此具有藥物開發價值。

　　2014年，田長麟實驗室運用蛋白質化學合成技術成功製備了具有生物活性的Mambalgin1毒素，並應用液體NMR方法解析了Mambalgin毒素的溶液結構。但是，Mambalgin毒素如何特異性識別以及抑制人源ASIC通道活性(該毒素對人源，雞源ASIC通道的抑制有明顯差異)的作用機制亟待研究。

　　2020年9月11日，中國科學技術大學田長麟課題組與清華大學劉磊課題組合作，應用冷凍電鏡技術解析了首個人源酸敏感離子通道hASIC1a，以及hASIC1a與Mambalgin1複合物的冷凍電鏡結構，並綜合應用19F-NMR，膜片鉗電生理功能分析等技術，揭示了毒素多肽結合併抑制hASIC1a離子通道的結構機制。該工作以 「Structural Insights into Human Acid-sensing Ion Channel 1a Inhibition by Snake Toxin Mambalgin1」為題發表在eLife雜誌上。

　　hASIC1a/Mambalgin1複合物結構表明該毒素多肽通過靜電相互作用及疏水作用結合在hASIC1a蛋白胞外結構域的外側，修正了前人對於該毒素與ASIC通道相互作用方式的假說。進一步研究表明，Mambalgin1選擇性結合處於關閉狀態的ASIC通道，並將離子通道鎖定在關閉構像。即便質子濃度升高，通道也難以轉換至開放狀態。據此，作者提出了Mambalgin1毒素通過一種狀態鎖定(closed-state trapping)機制實現抑制ASIC通道活性。這一新機制的提出，將為靶向hASIC1a的創新多肽藥物開發提供有價值的線索。

　　研究還發現來人源ASIC通道(hASIC1a)與來源於雞的ASIC通道(cASIC1)在整體結構上高度相似，但是hASIC1a與cASIC1特定位點上胺基酸的差異導致Mambalgin1分別對hASIC1a或cASIC1的抑制效果差異，揭示了Mambalgin1毒素多肽對不同物種間的調節作用效果差異的物理化學基礎。

　　本工作由中國科學技術大學生命學院特任副研究員孫德猛，劉三玲，博士研究生李思宇，張夢鴿等共同完成。田長麟教授，張隆華副教授，清華大學劉磊教授共同指導本項工作，並作為本文的共同通訊作者。冷凍電鏡數據收集在中國科學技術大學集成影像中心和浙江大學冷凍電鏡中心完成。本研究工作得到了國家自然科學基金，科技部重大研究計劃，科學院先導專項等經費支持。