新型丙烯酰胺类化合物与α7烟碱型乙酰胆碱受体的功能与结构相互作用研究

《Biochemical Pharmacology》：Functional and structural interactions of novel acrylamide-based compounds with the α7 nicotinic acetylcholine receptor

本研究针对α7 nAChR功能异常相关疾病治疗需求，系统评价了新型丙烯酰胺类化合物的变构调节活性。通过电生理记录与分子模拟，发现DM497具浓度依赖性双向调节特性（低ACh为PAM，高ACh转为NAM），ERR91为单纯PAM，而DM490等为高效NAM。分子对接揭示了PAM/NAM活性与亚基间/亚基内结合位点的选择性关联，为靶向α7 nAChR的药物设计提供了新思路。

　　

α7烟碱型乙酰胆碱受体（α7 nicotinic acetylcholine receptor, α7 nAChR）作为五聚体配体门控离子通道家族的重要成员，在中枢和外周神经系统中广泛表达，参与调节记忆、认知、注意力、奖赏和疼痛处理等关键生理过程。当该受体的功能或调控发生紊乱时，与多种病理状态密切相关，包括精神分裂症、阿尔茨海默病、帕金森病、抑郁、焦虑、慢性疼痛和成瘾等。因此，α7 nAChR已成为治疗这些疾病的一个极具吸引力的靶点。其中，能够选择性增强α7 nAChR功能的正性变构调节剂（Positive Allosteric Modulator, PAM）展现出令人鼓舞的药理学特征，被认为是潜在的治疗候选药物。然而，目前仍缺乏兼具高效力、高选择性且安全性良好的调节剂，并且对于这些化合物如何与受体相互作用从而产生正向或负向调节效应的结构基础理解尚不深入。

为了应对这一挑战，一篇发表在《Biochemical Pharmacology》上的研究论文《Functional and structural interactions of novel acrylamide-based compounds with the α7 nicotinic acetylcholine receptor》对一系列新型丙烯酰胺类化合物在大鼠α7 nAChR上的作用进行了系统和深入的探索。该研究旨在从功能和结构层面阐明这些化合物的变构调节特性，为开发更优化的α7 nAChR靶向治疗药物提供理论依据。

研究人员综合运用了双电极电压钳电生理记录技术、分子对接和分子动力学模拟等关键方法。研究模型主要采用异源表达大鼠α7和α3β4 nAChR的非洲爪蟾卵母细胞。分子模拟则基于人源α7 nAChR的晶体结构构建了大鼠α7 nAChR的同源模型，用于分析化合物与受体的相互作用。

研究结果通过多个层面逐步展开：

3.1. 新型丙烯酰胺类化合物在大鼠α7 nAChR上的药理学表征

电生理分析显示，所测试的化合物表现出多样化的调节活性。DM497在低浓度乙酰胆碱（ACh, 30 μM）下表现出PAM活性，能显著增强ACh诱发的电流；但在高浓度ACh（100和300 μM）下，其作用转变为抑制。相比之下，ERR91仅表现出单纯的PAM效应。而另一组化合物，如DM490、ERR6等，则表现为纯粹的负性变构调节剂（Negative Allosteric Modulator, NAM），其中DM490和ERR6的抑制效力最强。

3.3. DM497和DM490不与α7 nAChR正构位点相互作用

通过在不同ACh浓度下测试DM497和DM490的活性，研究人员排除了它们与受体正构结合位点直接竞争的可能性。DM497的活性随ACh浓度变化而发生转变，以及DM490的抑制效力在高ACh浓度下增强的现象，均符合变构调节的特征，而非竞争性拮抗。

3.4. DM497和DM490在大鼠α7 nAChRs上的竞争性相互作用

通过固定一种化合物浓度而滴定另一种化合物的实验，发现DM490的抑制活性不随DM497的存在而发生显著改变，反之亦然。这表明DM497和DM490可能结合于受体上不同的变构位点，彼此之间不存在竞争关系。

3.5. DM497和DM490在大鼠α7 nAChRs上活性的电压非依赖性

改变膜电位（从-40 mV到-120 mV）并不影响DM497的增强效应或DM497/DM490的抑制效应。这一结果排除了这两种化合物通过直接阻塞离子通道孔道来发挥作用的机制，进一步支持了其变构调节的特性。

3.6. DM497和DM490在α3β4 nAChRs上的药理学活性

研究还评估了这两种化合物对另一种nAChR亚型（α3β4）的影响。两者均能抑制α3β4 nAChR，但DM490在该亚型上的效力（IC₅₀ = 29 μM）低于其在α7亚型上的效力，提示其对α7 nAChR具有一定程度的选择性。

3.7. PAM-4、DM497和DM490在大鼠α7 nAChR模型上的分子对接和分子动力学

分子模拟研究为理解化合物活性的结构基础提供了关键见解。研究发现，与PAM活性相关的结合位点主要是位于受体亚基之间的“亚基间位点”（intersubunit sites）。例如，DM497的PAM活性与其结合在α7c(+)/α7d(─)亚基界面处的胞外域-跨膜域（ECD-TMD）接口位点相关；而PAM-4则结合在跨膜域（TMD）的亚基间界面。相反，与NAM活性（如DM490）相关的结合位点则主要是位于单个亚基内部的“亚基内位点”（intrasubunit sites），包括在TMD内部和ECD-TMD接口处的位点。此外，DM497还被发现可结合于另一个位于跨膜域-胞质域（TMD-CYD）界面的亚基间位点，这可能是其在高ACh浓度下表现出NAM活性的结构基础。这些不同的结合位置与功能竞争实验的结果相吻合，表明PAM与NAM活性的决定因素可能与化合物选择性结合于亚基间还是亚基内位点有关。

在讨论与结论部分，本研究系统地表征了一系列新型丙烯酰胺类化合物对α7 nAChR的变构调节活性，并首次揭示了DM497独特的浓度依赖性双向调节功能。通过结合功能实验和计算模拟，研究强有力地表明，变构调节剂最终表现为PAM还是NAM，可能取决于其与受体上特定类型结合位点（亚基间 vs. 亚基内）的选择性相互作用。这一发现深化了对nAChR变构调节机制的理解。

该研究的重要意义在于：首先，它鉴定出具有不同调节特性（PAM、NAM或双向调节）的先导化合物，为针对不同病理状态（如认知缺陷需要PAM，而焦虑可能受益于NAM）的药物开发提供了候选分子。其次，研究阐明的潜在结合位点为基于结构的合理药物设计提供了精确的靶点信息，有助于提高新化合物的选择性和效力。最后，研究所采用的综合策略——将功能药理学与先进的计算生物学方法相结合——为未来研究其他离子通道或受体的变构调节提供了可借鉴的范式。总之，这项工作不仅推进了对α7 nAChR生物学特性的认识，也为开发治疗多种神经精神疾病和慢性疼痛的新型疗法奠定了坚实的基础。