《科学》:重大突破!港中大杜洋团队等发现新型不成瘾的非阿片类止痛药 |
来源:奇点糕 2023-09-27 11:21
需要指出的是,尽管9087及其类似物的镇静副作用更低,但是其有效剂量要远高于dex,而且其作用机理和靶标也需要更深入的研究来解释。近日,由蒙特利尔大学的Michel Bouvier,香港中文大学(深圳)的杜洋,加利福尼亚大学旧金山分校的Brian K. Shoichet和Allan I. Basbaum,以及埃朗根-纽伦堡大学的Peter Gmeiner联合领衔的研究团队,在《科学》期刊上发表了有关止痛药的重要研究成果[1]。
他们将目光聚焦于 2AAR,通过分子对接,从超过3亿个分子中,筛选出了若干个特异性靶向 2AAR的激动剂。在小鼠模型中,这些分子通过注射或者口服均能达到镇痛效果,且在有效剂量下没有镇静的副作用。
论文首页截图
接下来我们就一起来看看这个研究是如何展开的。
研究人员首先进行了分子对接实验。由于目前还没有 2AAR晶体结构的报道,研究人员使用了与 2AAR具有相似活性位点,且晶体结构已知的 2B-肾上腺素受体( 2BAR)。
他们将人 2BAR的晶体结构与3.01亿个分子进行对接试验,得到了64个评分高的结构,之后合成了其中的48个分子。其中,有30个分子与 2BAR的结合常数(Ki)都低于10uM,成功率达到63%,表现最好的分子ZINC1173879087(之后简写为9087),Ki达到1.7nM。
实验显示大部分分子都是 2BAR和 2AAR部分或者完全激动剂。其中有四个激动效果最好的分子,编号分别为:9087、4622、2998、0172。
生物发光共振能量转移(BRET)等实验表明,它们能激活 2AAR-Gi通路,效果可以达到去甲肾上腺素(NorEpi)的60-95%,EC50能达到9.7-210nM。 2AAR作为G蛋白偶联受体(GPCR),其激动剂既可能激活下游G蛋白的 亚基(Gi、Go或者Gz),从而发挥止痛功效,也有可能通过募集 -抑制蛋白,产生受体内化等作用。
9087以及其类似物7075、PS75均为Gi的部分激动剂,与实验中用到的NorEpi、dex、氯压定(clon)等已知的 2AAR的激动剂相比,筛选出的新分子大多能特异性激活Gi、Go和Gz通路,在有效浓度下,对 -抑制蛋白的募集作用可以忽略不计(0172除外),并且没有受体内化现象。
新激动剂(下)与已知激动剂(上)的的结构比较
Gi1激活(左)和 -抑制蛋白募集(右)实验
在筛选出以上四个最有潜力的激动剂分子(9087、4622、2998、0172)之后,研究人员使用冷冻电镜解析出了9087- 2AAR-GoA和4622- 2AAR-GoA的晶体结构,阐明了这些新配体如何与 2AAR相互作用。
尽管9087与dex和NorEpi一样都能与保守位点D128形成相互作用,但是分子朝向和作用方式非常不一样,而这也预示着9087及其类似物很可能是与现存激动剂作用方式不同的新型 2AAR激动剂。
9087- 2AAR-GoA的晶体结构
接下来,研究人员开展了基于9087的结构优化和构效关系分析。
他们发现,替换掉吡啶环、二级胺或者双环结构都会降低激动效果,他们还通过变换取代基获得了若干EC50更低的分子。
基于0987的结构优化和构效关系分析
随后研究人员进行了特异性和药代动力学测试。他们测试了320个GPCRs、 -阿片受体、hERG(心脏安全相关基因)以及其他肾上腺素受体,9087均未表现出高亲和力。这证明9087的脱靶效应低,可能引发的副作用小。
值得注意的是,咪唑啉-2受体(I2R)是 2AAR激动剂的常见脱靶靶标,9087对 2AAR的亲和力是I2R的6倍,证明了其良好的特异性。之后他们进行了药代动力学测试,让人惊喜的是,无论通过注射或者口服,9087均能透过血脑屏障,在脑脊液中达到有效浓度。
在证明了新分子具有良好的特异性和生物利用度之后,研究人员在小鼠模型上测试了其止痛效果。在健康小鼠上使用9087(5mg/kg),没有增加机械缩足阈值,证明9087不会改变健康小鼠的疼痛阈值。
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