基于结构药物筛选揭示TMC1通道可成药结合位点与小分子调控机制

本研究针对氨基糖苷类等耳毒性药物通过内耳毛细胞机械电转导(MET)通道TMC1/2导致听力损伤的临床难题，通过整合3D药效团建模、分子动力学模拟和体外验证，首次系统鉴定了TMC1孔道内的三个药物结合位点，发现包括FDA批准药物cepharanthine在内的多种新型MET通道调节剂，为开发靶向TMC1的耳保护剂提供了创新策略。该研究建立的跨尺度筛选平台对机械敏感离子通道的药物发现具有广泛适用性。

　　

听觉是人类感知世界的重要途径，但全球约4.3亿人正遭受听力损失的困扰。内耳毛细胞作为听觉系统的"麦克风"，其顶部的机械电转导(MET)通道能将声波振动转化为电信号。然而，临床常用的氨基糖苷类抗生素和顺铂等药物会通过MET通道进入毛细胞，导致不可逆的听力损伤。尽管已知TMC1是MET通道的核心孔道形成蛋白，但小分子如何调控TMC1的机制仍不清楚，严重阻碍了耳保护药物的开发。

为破解这一难题，由Pedro De-la-Torre和David Ramirez领衔的国际研究团队在《Communications Biology》发表重要成果。研究人员创新性地结合计算与实验方法：通过AlphaFold2构建TMC1-CIB2-TMIE复合物的开放构象模型，采用25-100 ns分子动力学模拟验证结构稳定性；基于13种已知MET阻断剂开发10个3D药效团模型，对2200万化合物进行虚拟筛选；运用分子对接和MM-GBSA结合自由能计算预测结合位点；最后通过小鼠耳蜗外植体AM1-43染料摄取实验验证先导化合物效果。

研究结果部分，"构建适用于虚拟筛选的TMC1高质量结构模型"显示，建立的哺乳动物MET复合体模型在25 ns模拟中主链RMSD稳定在2 ?内，TMIE胞质螺旋表现出柔性特征。孔道分析发现磷脂分子POPC-A/B在TM4-TM6间形成动态侧壁，为药物结合提供独特环境。

"鉴定MET通道阻断剂的共同药效特征"部分揭示，最优药效团APRR包含一个氢键受体(A)、一个正电荷基团(P)和两个芳香环(R)，能匹配7/13已知阻断剂。验证显示所有模型AUC值0.86-0.99，GH评分>0.7，证实其可靠性。

"预测已知MET阻断剂在TMC1孔道区域的结合位点"发现，FM1-43通过阳离子-π作用与F451⁴⁵¹结合，形成包含D239/R523的ZN1相互作用区；苯甲胺(benzamil)的胍基与D569⁵⁶⁹形成盐桥；双氢链霉素(DHS)的氨基糖苷与N573/D540作用。MM-GBSA计算证实磷脂使结合自由能(ΔG_bind)降低达70.02 kcal/mol。

"新型TMC1调节剂的结合模式与亲和力"显示，抗真菌药泊沙康唑(posaconazole)跨越整个孔道，三唑环与N404⁴⁰⁴氢键结合；植物碱cepharanthine类似筒箭毒碱，与TM5/TM7疏水相互作用；化合物ZINC24739924在ZN3口袋与T535/D540结合。

"在耳蜗毛细胞中验证新型TMC1调节剂"部分，15种候选化合物中12种显著减少AM1-43摄取，其中cepharanthine(48.09±20.72%)和泊沙康唑(60.02±19.12%)效果突出。有趣的是，杀虫剂amitraz反而增加染料摄取达122.4%。

讨论部分指出，该研究首次系统阐明TMC1孔道存在三个可成药位点：顶部(ZN1)、中部(ZN2)和底部(ZN3)位点，其中D528⁵²⁸、D569⁵⁶⁹等关键残基既参与离子渗透又介导药物结合。发现cepharanthine能同时抑制TMC1和TMEM16A，提示相关通道间存在保守药效特征。建立的"药效团-虚拟筛选-实验验证"平台，不仅为开发耳保护剂奠定基础，更为研究机械敏感离子通道的药物发现提供了普适性方法。未来通过点突变验证预测结合残基，将进一步完善TMC1调控机制的认识。