电压门控钠离子通道 (Nav) 对生命体动作电位的产生和传导至关重要，与多种疾病的发生和治疗密切相关。但是，离子通道 9 个亚型的一级结构保守性较高，容易出现脱靶现象而诱发相关的药物不良反应。例如，分别分布于骨骼肌的 Nav1.4 和心肌的 Nav1.5 就因此而在药物开发过程中广受关注。

　　来自沈阳药科大学的宋永波教授及其研究团队在 Toxins 期刊发表文章，探讨如何利用生物信息学方法寻找出引发此类副作用的“罪魁祸首”，加速实现以 Nav 为靶标的药物的高效理性设计。

　　此图表示从结合及解离两方面探讨 β-蝎毒多肽 AGAP 对电压门控钠离子通道的亚型选择性的过程。

　　本研究主要基于课题组从东亚钳蝎中提取的系列 β-蝎毒多肽之一 AGAP 展开 (图 1)。前期研究从细胞水平和动物水平揭示了 AGAP 具有良好的镇痛活性，这要归功于其与主要分布于外周神经系统的 Nav1.7 之间的高亲和力；作者通过计算模拟方法揭示了此类多肽与 Nav1.7 的作用模式。但是，AGAP 也表现出对 Nav1.4 和 Nav1.5 相似的亲和性，阻碍了进一步的药物开发。

　　作者通过全原子分子动力学模拟揭示了 AGAP 及其突变体 AGAPW38G、AGAPW38F 对这三种离子通道的选择性机制，基于单点突变的结果详细说明了这种蝎毒多肽的 38 位残基对其亚型选择性的重要影响，从原子层次上动态展示了为何单一残基的改变会引发此类多肽对不同亚型的钠离子通道亲和性显著变化的“蝴蝶效应”，从而提出了降低 AGAP 的肌肉毒性及心脏毒性的改造策略。

　　作者首先考察了在人源 Nav1.4、Nav1.5 和 Nav1.7 中，AGAP 的结合活性口袋是否有所差别。结果发现，位于 Nav1.7 的活性位点是三者中最为狭窄的，而 Nav1.4 上则最为宽敞。在课题组前期的全细胞膜片钳实验中，虽然 IC50 值相近，但 AGAP 对于人源 Nav1.7 的亲和力要略高于其他两种亚型，对 Nav1.4 的亲和力则略低于其余二者。有此可见，受体上活性位点的差异对多肽的选择性有一定的影响，但并不是决定性的。那么，选择性差异的秘密就指向了 AGAP 本身。因此，作者通过分子对接、分子动力学模拟、拉伸动力学及伞状抽样方法，进一步比较了该多肽及其 38 位的两种突变体与三种钠离子通道亚型的结合和解离过程。

　　结果表明 (图 2,3)，配体的 β-转角是其与 Nav 结合时主要关键残基分布区域。其中 38 位对配体与受体的结合有一定的主导作用，其环状结构的保留有利于相互作用；配体的 C 末端区域残基是否能与受体形成盐键，是影响二者亲和性的又一要素，有趣的是，38 位的改变所带来的分子内相互作用变化，会影响这种要素的发挥；另外，AGAP 上，F15 对配体与 Nav1.4 的亲和性较为重要，Y5/W47 则对配体与 Nav1.5 的亲和性较为重要，这是相比于 Nav1.7，其余两种亚型独有的关键元件。

　　本文通过计算模拟方法分析了具有镇痛活性的 β-蝎毒肽 AGAP 与 Nav1.4 及 Nav1.5 的作用机理，对比前期与 Nav1.7 的作用模式，揭示了影响 AGAP 对三种钠离子通道亚型选择性的关键元件：保留这种多肽 38 位的环状结构、合理排布 C 末端的碱性残基，其有利于保障其对 Nav1.7 的高亲和性，确保了多肽良好的镇痛效果；而破坏其 5 位、15 位及 47 位残基的环状结构则会降低多肽对 Nav1.4 及 Nav1.5 的亲和性，这有利于削弱多肽的肌肉毒性和心脏毒性。这些发现会为靶标钠离子通道的高效低毒药物的开发提供有价值的理论参考信息，能有效节约研发成本、加速理性设计策略的构建和应用。