单个羧酸修饰使环状寡聚缩肽ent-verticilide从RyR2抑制剂转变为RyR2激活剂

《Molecular Pharmacology》：Introduction of a Single Carboxylic Acid Converts the Cyclic Oligomeric Depsipeptide ent-Verticilide from an RyR2 Inhibitor to RyR2 Activator

本研究针对心律失常治疗中Ryanodine受体2（RyR2）调控剂的选择性不足问题，通过单通道记录等技术发现，在ent-verticilide的戊基侧链引入单个羧酸可使其从RyR2抑制剂（IC50～0.2 μM）逆转为部分激活剂（EC50～30 μM），该转化机制为钙释放缺陷综合征（CRDS）的治疗提供了新型工具化合物。

　　

在心脏细胞中，钙离子（Ca²⁺）的精确调控是维持正常心跳的关键。Ryanodine受体2（RyR2）作为心肌细胞肌浆网（SR）上主要的钙释放通道，其功能异常与多种致命性心律失常密切相关。当RyR2功能过度增强时（如儿茶酚胺敏感性室性心动过速CPVT），会导致舒张期钙泄漏，诱发心律失常；相反，若RyR2功能不足（如钙释放缺陷综合征CRDS），则会导致钙释放障碍，同样可能引发猝死。因此，开发能够精确调控RyR2功能的药物成为心血管领域的重要研究方向。

目前临床上的RyR2调节剂如氟卡尼、普罗帕酮和丹曲洛林等存在严重副作用，且对结构性心脏病患者有致心律失常风险。天然产物(-)-verticilide的对映体ent-verticilide虽被发现能选择性抑制RyR2并在小鼠中表现出抗心律失常效果，但其作用机制尚不明确。同时，如何通过结构修饰获得具有治疗价值的RyR2激活剂更是领域内的空白。

为解决这些问题，研究人员在《Molecular Pharmacology》上发表了最新研究成果。他们通过系统的电生理学、钙成像和分子药理学方法，首次阐明了ent-verticilide对RyR2的抑制作用机制，并意外发现通过简单的羧酸修饰，可将其从抑制剂转变为部分激活剂，为RyR2相关疾病的治疗提供了新思路。

研究团队主要采用了以下关键技术方法：利用人工脂质双层膜单通道记录技术分析RyR2的门控特性；通过[³H]-ryanodine结合实验评估化合物对RyR2的调节活性；采用钙火花检测技术在心肌细胞中验证化合物的生理功能；使用平行人工膜通透性测定（PAMPA）和Caco-2细胞模型评估化合物膜通透性。

Effect of ent-Verticilide on RyR2 Single-Channel Recordings

研究人员首先通过单通道记录发现，ent-verticilide以浓度依赖的方式部分抑制RyR2活性，IC₅₀约为0.2 μM，最大抑制效能约为23%。电流幅度直方图显示其抑制作用是通过增加通道关闭概率实现的。

Effect of ent-Verticilide on RyR2 Dwell Time

进一步的门控动力学分析表明，ent-verticilide通过延长平均关闭时间（特别是慢时间常数组分）来抑制RyR2，而不改变平均开放时间，这表明其作为关闭通道稳定剂发挥作用。

Activert, a Single Residue Analog of ent-Verticilide, Activates RyR2

令人惊讶的是，当研究人员在ent-verticilide的单个戊基侧链引入末端羧酸（得到化合物activert）后，该化合物完全丧失了抑制活性，反而以浓度依赖的方式激活RyR2。钙火花实验显示，activert可增加钙火花频率，延长火花持续时间，并降低肌浆网钙负载，这些均是RyR2激活剂的典型特征。

Activity of Activert in RyR2 Single-Channel Recordings

单通道记录证实activert是一种部分RyR2激活剂，EC₅₀约为32.2 μM，最大激活效能约为34%。与ent-verticilide相反，activert通过缩短平均关闭时间来增加RyR2开放概率，即通过破坏关闭状态稳定性来激活通道。

Activert Partially Activated RyR1 from Porcine Skeletal Muscle

值得注意的是，activert还表现出对骨骼肌RyR1的激活活性（EC₅₀～9 μM），这表明羧酸修饰不仅改变了化合物的功能特性，还消除了ent-verticilide对RyR2的选择性。

Membrane Permeability of ent-Verticilide and Activert

膜通透性评估显示，ent-verticilide具有中等膜通透性，而activert由于羧酸基团的引入，表现出低膜通透性，这可能会限制其体内应用。

研究结论与讨论部分强调，这项工作首次揭示了ent-verticilide通过稳定RyR2关闭状态发挥抑制作用机制，而单个羧酸修饰即可实现从抑制剂到激活剂的功能逆转。这种功能转换可能源于羧酸基团与RyR2上带电残基的新相互作用，或改变了化合物在结合口袋中的取向。尽管activert存在膜通透性差的局限性，但作为首个基于COD骨架的RyR2部分激活剂，它为治疗RyR2功能低下相关疾病（如CRDS）提供了概念验证。与咖啡因等强效激活剂相比，activert的部分激活特性可能具有更好的安全性。这项研究不仅深化了对RyR2调控机制的理解，也展示了天然产物衍生化合物在药物发现中的巨大潜力，为开发治疗心律失常的精准药物开辟了新途径。