四川大學(xué)華西醫(yī)院麻醉與危重急救研究室/麻醉轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心蔣若天教授團(tuán)隊(duì)與華東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陽懷宇教授團(tuán)隊(duì)合作，于2019年11月在Science Translational Medicine （影響因子：17.161）發(fā)表文章“Selective activation of TWIK-related acid-sensitive K+ 3 subunit–containing channels is analgesic in rodent models”（長(zhǎng)按下方二維碼即可閱讀全文）。
。。。雙孔鉀離子通道（K2P）可通過產(chǎn)生背景鉀電流以影響細(xì)胞的靜息膜電位，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞的興奮性。有效地激活K2P可阻斷疼痛電信號(hào)在傷害性感受神經(jīng)元的傳導(dǎo),故其成為近年來廣泛研究的一類潛在鎮(zhèn)痛靶點(diǎn)。TASK-3通道是K2P家族的一員，在周圍神經(jīng)系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中均有表達(dá)，且TASK-3通道可參與冷覺的感受。由于目前缺少選擇性的藥理工具，TASK-3通道在疼痛過程中的作用以及其可能鎮(zhèn)痛的機(jī)制知之甚少。。。。。四川大學(xué)華西醫(yī)院麻醉與危重急救研究室/麻醉轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心蔣若天教授團(tuán)隊(duì)與華東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陽懷宇教授團(tuán)隊(duì)合作，于2019年11月在Science Translational Medicine （影響因子：17.161）發(fā)表文章“Selective activation of TWIK-related acid-sensitive K+ 3 subunit–containing channels is analgesic in rodent models”（長(zhǎng)按下方二維碼即可閱讀全文）。。。。
為獲得TASK-3選擇性激動(dòng)劑，研究團(tuán)隊(duì)首先預(yù)測(cè)了TASK-3通道中存在一個(gè)潛在藥物結(jié)合口袋，并針對(duì)該口袋設(shè)計(jì)獲得了TASK-3通道的變構(gòu)激動(dòng)劑CHET3，通過電生理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了CHET3對(duì)TASK-3通道具有高度選擇性。接下來研究團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用生物理論計(jì)算確定了CHET3與TASK-3的結(jié)合模型，并運(yùn)用和分子動(dòng)態(tài)模擬方法進(jìn)一步提出了CHET3激動(dòng)TASK-3的分子機(jī)制。
圖1 CHET3與TASK-3通道的結(jié)合模型
研究團(tuán)隊(duì)利用CHET3作為分子工具，開展了圍繞TASK-3通道的靶標(biāo)功能研究。在多個(gè)大小鼠急性和慢性痛模型中，CHET3表現(xiàn)出對(duì)冷、熱和機(jī)械痛敏都有抑制作用，提示CHET3是能抗多種疼痛的先導(dǎo)化合物。研究團(tuán)隊(duì)從化學(xué)生物學(xué)和基因手段兩方面驗(yàn)證了CHET3的鎮(zhèn)痛功能是通過作用于TASK-3通道實(shí)現(xiàn)的（on-target 驗(yàn)證），排除其脫靶（off-target）可能性。首先采用化學(xué)生物學(xué)手段，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了兩個(gè)CHET3衍生物，一個(gè)陽性對(duì)照，在細(xì)胞水平依然激活TASK-3通道，另一個(gè)是陰性對(duì)照，在細(xì)胞水平對(duì)TASK-3無活性。在動(dòng)物水平鎮(zhèn)痛實(shí)驗(yàn)中，陽性對(duì)照化合物表現(xiàn)出優(yōu)異的鎮(zhèn)痛效果，而陰性對(duì)照化合物則完全沒有鎮(zhèn)痛活性。在基因策略方面，制備了TASK-3 敲除(KO) 小鼠，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示CHET3對(duì)KO鼠沒有鎮(zhèn)痛能力，且與野生型鼠相比，TASK-3 KO小鼠的痛閾更低。這些結(jié)果支持CHET3是通過作用于TASK-3發(fā)揮鎮(zhèn)痛，從而確認(rèn)TASK-3通道是鎮(zhèn)痛新靶標(biāo)從而確認(rèn)TASK-3通道是鎮(zhèn)痛新靶標(biāo)。
研究團(tuán)隊(duì)還利用RNAscope技術(shù)、電生理和鈣成像手段，確立了外周背根神經(jīng)節(jié)(DRG) TASK-3陽性神經(jīng)元是CHET3鎮(zhèn)痛的作用靶標(biāo)，并闡釋了TASK-3通道介導(dǎo)的背景K+電流調(diào)控背根神經(jīng)節(jié)（DRG）傷害性感受器神經(jīng)元的細(xì)胞興奮性的作用機(jī)制。除此之外，還評(píng)估了CHET3潛在的毒副作用。目前結(jié)果提示CHET3系統(tǒng)給藥后并沒有引起大小鼠明顯的心血管、運(yùn)動(dòng)或呼吸功能失常。
本研究報(bào)道了首個(gè)TASK-3通道的選擇性激動(dòng)劑CHET3，并基于該小分子系統(tǒng)地評(píng)估了TASK-3通道作為新鎮(zhèn)痛靶標(biāo)的潛力，激動(dòng)TASK-3可以降低傷害性感覺神經(jīng)元興奮性，從而抑制多種疼痛，為臨床開發(fā)非阿片類的新型鎮(zhèn)痛藥物提供了新思路。
專家點(diǎn)評(píng)
陳凱先院士：新靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)和確證需要新思路和新策略。在該工作中，研究團(tuán)隊(duì)挑戰(zhàn)了鉀離子通道特異性激動(dòng)劑設(shè)計(jì)這一世界級(jí)難題，用計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)方法獲得了TASK-3通道的高選擇性小分子，進(jìn)而發(fā)展了化學(xué)和生物學(xué)緊密結(jié)合的新靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)和確證綜合研究方法，以原創(chuàng)小分子驅(qū)動(dòng)離子通道的藥理功能研究和轉(zhuǎn)化價(jià)值評(píng)估。在研究過程中，團(tuán)隊(duì)成員發(fā)揮了各自優(yōu)勢(shì)，分子設(shè)計(jì)、化學(xué)生物學(xué)、離子通道學(xué)和疼痛學(xué)等學(xué)科和相應(yīng)的技術(shù)，緊密配合、環(huán)環(huán)相扣、層層推進(jìn)，也體系了多學(xué)科交叉合作研究對(duì)于新靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)和確證研究的重要性。
陳凱先，藥物化學(xué)家，中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所研究員，中國(guó)科學(xué)院院士。主要從事計(jì)算機(jī)輔助藥物分子設(shè)計(jì)研究。進(jìn)行有機(jī)小分子和生物大分子的結(jié)構(gòu)和生物活性之間關(guān)系的研究，有活性的有機(jī)小分子結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)。提出了計(jì)算機(jī)藥物和受體疏水作用力場(chǎng)三維分布的數(shù)學(xué)模型和藥物構(gòu)象研究的方法，發(fā)展了藥效基團(tuán)的搜尋方法，建立了利用計(jì)算機(jī)構(gòu)建具有結(jié)構(gòu)多樣性的分子庫(kù)和模擬篩選的方法，并應(yīng)用于多種抗腫瘤藥物與核酸相互作用的研究。開發(fā)了基于藥物與受體三維結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)研究。
專家點(diǎn)評(píng)
徐天樂教授：疼痛相關(guān)研究目前有兩個(gè)主要關(guān)注熱點(diǎn)：一是揭示疼痛信號(hào)傳導(dǎo)的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制，二是發(fā)現(xiàn)新的鎮(zhèn)痛靶標(biāo)和新型鎮(zhèn)痛藥物。發(fā)現(xiàn)新的非阿片類鎮(zhèn)痛靶標(biāo)，并基于新的鎮(zhèn)痛靶標(biāo)開發(fā)新先導(dǎo)化合物是目前鎮(zhèn)痛研究領(lǐng)域迫切的需求。蔣若天和陽懷宇的合作團(tuán)隊(duì)采用理性藥物設(shè)計(jì)方法獲得了K2P類鉀通道TASK-3的首創(chuàng)高選擇性激動(dòng)劑CHET3，分別從分子水平、細(xì)胞水平和整體動(dòng)物水平上進(jìn)行了靶標(biāo)驗(yàn)證、藥理表征以及整體動(dòng)物上的藥效/毒副作用研究，是化學(xué)生物學(xué)和疼痛生物學(xué)相結(jié)合的示范性研究案例。該項(xiàng)研究以CHET3為探針工具確證了TASK-3在外周疼痛信號(hào)傳導(dǎo)中的重要角色，也是典型的基于新化學(xué)小分子探針發(fā)現(xiàn)新生物學(xué)的優(yōu)秀案例。此外，首創(chuàng)小分子和新靶標(biāo)或許為臨床治療帶來新手段，產(chǎn)生新療效，具有較高的臨床轉(zhuǎn)化價(jià)值。
徐天樂，上海交通大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院教授，國(guó)家杰出青年基金獲得者，長(zhǎng)江學(xué)者。主要從事離子通道的基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究，主要研究?jī)?nèi)容包括：離子通道與神經(jīng)環(huán)路；學(xué)習(xí)記憶及相關(guān)疾??；腦疾病的藥物新靶標(biāo)。在酸敏感離子通道新配體、新功能以及調(diào)控新機(jī)制等方面取得了一些在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界有影響的成果。研究成果以通訊作者或共同通訊作者身份發(fā)表在Neuron，Nature Communications，Science Advances，Science Signaling，PLoS Biology，Brain，eLife，Cell Reports和Journal of Neuroscience等。
作者投稿心得
我們團(tuán)隊(duì)發(fā)揮神經(jīng)生物學(xué)方面的研究特色和優(yōu)勢(shì)，結(jié)合合作團(tuán)隊(duì)在生物計(jì)算和藥物化學(xué)方面的優(yōu)勢(shì)，是取得此次成果的重要基礎(chǔ)?？鐚W(xué)科合作在創(chuàng)新和原創(chuàng)中至關(guān)重要。
修改意見有許多中肯，也有許多不中肯，在和編輯和評(píng)審專家的溝通過程中，始終懷著謙卑之心，堅(jiān)持立場(chǎng)，有理有據(jù)。針對(duì)中肯的意見進(jìn)行細(xì)致修改，針對(duì)不合理的意見提出看法。和編輯溝通至關(guān)重要，和評(píng)審專家意見不一致的地方，要勇敢提出。最終，經(jīng)過三次修改，論文被接受，歷時(shí)8個(gè)月。
共同通信作者
蔣若天，博士，正高級(jí)研究員，碩士生導(dǎo)師。法國(guó)斯特拉斯堡大學(xué)/法國(guó)國(guó)家科研中心（UDS/CNRS）分子神經(jīng)生物學(xué)博士，美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯（UCLA）博士后。2016年以一層次引進(jìn)人才方式全職回國(guó)在華西轉(zhuǎn)化神經(jīng)科學(xué)中心從事科研工作，四川省“千人計(jì)劃”高層次引進(jìn)人才。主要研究領(lǐng)域：膠質(zhì)細(xì)胞與鉀離子通道的神經(jīng)生物學(xué)。重點(diǎn)關(guān)注神經(jīng)環(huán)路發(fā)育以及疼痛、抑郁等疾病動(dòng)物模型中的分子和細(xì)胞機(jī)制以及臨床轉(zhuǎn)化研究。主要手段包括膜片鉗電生理、基于遺傳編碼探針多光子成像、生物化學(xué)、AAV病毒介導(dǎo)的基因編輯、化學(xué)小分子探針、老鼠疾病模型等。
以第一作者或通訊作者發(fā)表在Sci Transl Med，PLOS Biology，PNAS，EMBO J，J Neurosci，J Biol Chem，Brit J Pharmacol等國(guó)際頂尖雜志發(fā)表論文十余篇，并受邀為國(guó)際頂級(jí)綜述雜志Trends in Biochemical Sciences和Chemical Reviews撰寫綜述文章。
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本文編輯：張永剛
本文排版：陳紅梅 張洪雪