科学家以蜈蚣毒素作为探针揭示疼痛疾病机理
蜈蚣是现存最古老的节肢动物之一，发现的蜈蚣化石可以追溯到4亿3千万年之前。它们的捕食范围很广，包括昆虫、鱼类、软体动物、两栖类、爬行类甚至是哺乳类动物。蜈蚣的毒液承担着为蜈蚣提供捕食、防御和竞争的重要责任。中国科学院昆明动物研究所研究员赖仞团队前期对蜈蚣毒液的研究已经证实，蜈蚣毒液中存在大量作用于离子通道的多肽毒素(Yang et al., 2012； Yang et al., 2013； Rong et al., 2015)。
TRPV1通道是哺乳动物感受化学刺激和周围环境温度变化的重要感受元件。红辣椒含有的辣椒素(capsaicin)可以结合在TRPV1的胞内区激活通道并引起哺乳动物产生“辣”、“热”、“痛”的感觉。最近，赖仞领导的研究团队与加州大学戴维斯分校郑劼研究小组和北京大学药学院王克威研究小组合作研究发现，蜈蚣毒液中存在一种多肽毒素(RhTx)也利用TRPV1激活产生的生理学反应为蜈蚣提供防御的分子策略。
根据研究人员早期的实验现象，类似于被蜈蚣叮咬，小鼠注射蜈蚣粗毒后会产生剧烈的疼痛行为。在复杂的粗毒的众多成分中他们分离纯化并鉴定到一种多肽神经毒素RhTx，RhTx能诱导野生型小鼠产生剧烈的急性疼痛，而在TRPV1敲除鼠上则不能产生疼痛。
随后，研究人员利用瞬时转染过表达TRPV1的HEK293细胞，确认了TRPV1确实是RhTx的作用靶点。cDNA的克隆结果显示，编码RhTx的mRNA首先翻译成一个由69个氨基酸残基组成的前体蛋白，而毒液中的RhTx需要经历翻译后修饰的过程并最终形成由27个氨基酸残基组成的成熟RhTx。核磁共振结构表明RhTx是一个结构紧凑的多肽毒素，两对分子内二硫键将这个多肽连接成这个紧密的结构。为了了解RhTx激活TRPV1的门控机制，他们运用激光加热和降温实验对RhTx激活TRPV1时的温度依赖性进行研究，结果发现，RhTx激活TRPV1的方式是通过降低TRPV1热激活阈值实现的。
因为RhTx直接与TRPV1热激活门控过程相互作用，所以RhTx是理解TRPV1在热激活变构过程的有力的分子探针。研究人员首先利用了RhTx和TRPV1的点突变对RhTx-TRPV1相互作用的分子机制进行研究从而了解到RhTx利用一个富电荷的分子表面结合TRPV1的通道孔区结构域。基于这些功能实验，他们使用基于Rosseta的模拟完成了对RhTX-TRPV1复合物结构的运算。结果表明，RhTx结合在两个TRPV1亚基之间形成的凹槽结构中，在这个位置上，RhTx可以利用电场力和疏水力与通道的孔区转角结构和螺旋结构进行直接的相互作用并且通过影响TRPV1的热激活门控过程激活通道。
作为一个与疼痛信号传递相关的靶点，在近期，TRPV1已经被作为镇痛药QX-314或细胞毒素Ca2+抑制神经元的入口来进行研究。另外，多肽毒素诸如芋螺毒素已经显示出极大的开发成为镇痛药物的潜力。通过该研究，RhTx成为一个已知作用方式的TRPV1激动剂，未来的蛋白修饰应该可以基于该研究改变RhTx的功能甚至使RhTx变成一个TRPV1的抑制剂。因此，RhTx和未来基于RhTx的衍生物，可能会开启一条崭新的控制痛觉感受器的途径。
该论文在线发表在Nature Communication上，中科院昆明动物所博士研究生杨仕隆、加州大学戴维斯分校博士杨帆和北京大学博士研究生卫宁宁为共同第一作者。该研究得到中科院重点部署项目、国家自然科学基金、科技部“973”项目的资助。
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项目成果
