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Cell：颜宁团队破解药物联合使用的致命副作用机制

2022.11.23

　　抗病毒药物索非布韦（sofosbuvir）与抗心律失常药物胺碘酮的药物相互作用已被报道可引起致命的心跳减慢。据报道，Sofosbuvir及其类似物MNI-1可增强胺碘酮对心肌细胞钙离子处理的抑制作用，并可能对l型Cav通道产生抑制作用，但其分子机制尚不清楚。而胺碘酮是一种多通道拮抗剂。

　　2022年11月22日，普林斯顿大学颜宁与高帅在Cell 杂志在线发表题为“Structural basis for the severe adverse interaction of sofosbuvir and amiodarone on L-type Cav channels”的研究论文,该研究对胺碘酮或sofosbuvir单独处理或sofosbuvir/MNI-1与胺碘酮联合处理的Cav1.1和Cav1.3进行了系统的冷冻电镜结构分析。

　　发现胺碘酮单独占据二氢吡啶的结合位点，而sofosbuvir单独使用时不在通道中。在胺碘酮存在的情况下，sofosbuvir/MNI-1通过与胺碘酮的特异性相互作用锚定在孔域的中央空腔中，直接阻断离子渗透路径。总之，这项研究揭示了两种药物在Cav通道支架上的物理、药效学相互作用的分子基础。

　　Sofosbuvir(或Sovaldi，缩写为SOF)于2013年获美国食品和药物管理局批准，是一种治疗丙型肝炎的有效药物。2015年，据报道，在联合应用SOF和胺碘酮(amiodarone, AMIO)治疗室性心律失常和房颤的III类抗心律失常药物后，患者出现严重的心跳减慢，包括一例死亡。SOF是一种针对丙型肝炎病毒(hepatitis C virus, HCV)非结构蛋白5B (NS5B) RNA聚合酶的核苷酸模拟抑制剂，而AMIO是一种多通道阻滞剂，可作用于Ca2+、Na+和K+通道。随后的研究表明，SOF或其类似物MNI-1 (MRL)增强了AMIO在人心肌细胞中的钙处理作用，并增强了AMIO对l型Ca2+通道(L-type Ca2+ channels, LTCC)的抑制作用。然而，潜在的分子机制还不清楚。

　　LTCCs，也被称为二氢吡啶受体(dihydropyridine receptors, DHPR)，指电压门控Ca2+通道的Cav1亚家族。LTCCs是由核心α1亚基、细胞外a2d亚基、细胞内b亚基和某些复合物的跨膜G亚基组成的异质通道。Cav通道的分类基于α1亚基，它包括4个重复，每个重复包含6个跨膜段S1-S6。每个重复的S1-S4段构成电压敏感域(

　　voltage-sensing domain, VSD)，它随着膜电位的波动而发生构象变化。四个重复序列的S5和S6片段包围了负责选择性Ca2+电导的中央孔隙域(pore domain, PD)。

　　在四个Cav1成员中，Cav1.1专门负责骨骼肌的兴奋-收缩耦合(excitation-contraction coupling, ECC)。Cav1.4主要在视网膜中发挥作用，对神经递质释放起关键作用。Cav1.2和Cav1.3在心脏、大脑和内分泌细胞中表现出更多样化的组织分布。Cav1.2和Cav1.3功能障碍在各种心律失常中均有表现。Cav1.2控制心肌细胞的ECC，而窦房结和房室结的主要亚型Cav1.3是起搏器活性所必需的。一直以来，SOF/MNI-1和AMIO的DDI干扰心肌细胞模型中的钙处理和Cav1.2和Cav1.3通道活性。

　　为了分析SOF/MNI-1和AMIO在Cav1.2和Cav1.3通道上DDI的分子基础，颜宁团队着手解决不同药物组合补充的LTCCs的结构。长期以来，从兔骨骼肌分离出的多亚基Cav1.1复合体(命名为rCav1.1)一直是各种抗高血压药物(如DHP药物和孔隙阻滞剂)调节LTCC的结构分析的原型。

　　由于LTCC成员之间的序列高度相似，研究人员首先收集了AMIO或AMIO结合MNI-1(简称为AM)处理的rCav1.1的冷冻电镜数据。为了研究生理上更相关的人类LTCCs上的DDI，研究人员成功地通过在HEK293细胞中重组表达获得了人类三元Cav1.3复合体，发现由a1、a2d-1和b3亚基组成。

　　通过收集Cav1.3分别与AMIO、SOF和AMIO联合SOF(简称AS)孵育的冷冻电镜数据。系统结构分析表明，AMIO单独插入LTCCs的重复III和IV封闭的孔窗。单独使用时，SOF和MNI-1都不能与通道绑定。然而，在AMIO存在的情况下，无论是SOF还是MNI-1都能够作为孔隙阻断剂，直接阻断离子在通道中央空腔中的渗透路径。