心臟鈉離子通道與抗心律失常藥物氟卡胺結合的示意圖。鈉離子通道圖疊加在心臟圖像上。下方為心電圖混亂的房顫信號(左)轉變為正常的心率(右)。
近日，美國華盛頓大學醫學院的研究人員在原子水平上對鈉離子通道蛋白的結構進行了研究，由此得到的結構信息可能會成為開發用於更好診斷、治療心律問題藥物的基礎。相關論文發表在12月19日的《細胞》雜誌上。
華盛頓大學醫學院的藥理學教授、這篇論文的通訊作者是William Catterall解釋說：「心臟的鈉離子通道能夠引發心跳，其突變會導致致命的心律失常。」
伴隨著每一次心跳，電波都在以一種緊密協調的方式控制著心臟的充盈和跳動，而電波的傳播速度取決於心臟細胞膜上的微小蛋白質孔中發生的作用。比如鈉離子通道，這些電壓門控鈉通道的激活和快速失活是維持穩定心跳等一系列電生理活動的一部分。
研究人員解釋說，當鈉離子通道不能正常工作時，心臟可能會出現問題，甚至出現危險的快速不協調收縮，危及生命。具體來說，NaV（拉丁語中鈉的縮寫，V代表電壓）1.5通道起著不可或缺的作用，這些通道中的某些突變可能是致命的，因為心臟中的其他鈉通道無法彌補它們的損失。這些突變會導致成人心律失常，甚至導致兒童和年輕運動員猝死。
幸運的是，許多心律失常可以通過阻斷心臟鈉離子通道的藥物來治療。例如，心房纖維性顫動可以用氟卡胺來進行有效治療。在最近的研究中，研究人員想要了解像氟卡胺這樣的藥物是如何在心臟細胞上鈉離子通道中起作用的。
為了獲得鈉離子通道的高解析度三維圖，科學家們使用了先進的低溫電子顯微鏡來探索這些鈉通道的重要結構特徵，並將其結構與正常生理功能、功能障礙、疾病突變、毒素敏感性和抗心律失常藥物的藥理作用聯繫了起來。這為了解心臟鈉離子通道的各個方面提供了藍圖，並確定了突變是如何通過多種方式破壞通道的激活，甚至是終止通道的快速失活的。
最終，研究人員獲得了心臟NaV1.5通道的詳細、高解析度的結構，這個結構幫助他們闡明了NaV1.5獨特且重要功能的分子基礎，並為設計和開發更安全、更有效的抗心律失常藥物提供關鍵的化學信息。
「這一標誌性的鈉離子通道的高解析度結構提供了新的結構/功能見解，揭示了許多遺傳性心律失常的分子機制，闡明了用於治療心房顫動的抗心律失常藥物氟卡胺的確切結合位點和阻斷方式。」 Catterall最後總結道。
科界原創
編譯：花花
審稿：阿淼