海洋锥螺防御毒液中富含半胱氨酸的σS-GVIIIA芋螺毒素结构解析揭示新型生长因子胱氨酸结(GFCK)基序及其5-HT3受体拮抗机制

本研究首次通过NMR解析了锥螺防御毒液中含10个半胱氨酸的σS-GVIIIA芋螺毒素三维结构，发现其具有独特的生长因子胱氨酸结(GFCK)基序，并通过AlphaFold 3预测了其与5-HT3受体的相互作用模式，为开发靶向5-HT3受体的神经精神疾病治疗药物提供了新思路。

　　

在热带海洋中潜藏着致命的猎手——地理锥螺（Conus geographus），其毒液中含有数以万计的生物活性肽。这些被称为芋螺毒素（conotoxins）的神经毒素，凭借其高特异性和强效性，已成为神经科学研究和药物开发的重要工具。然而，其中一种名为σS-GVIIIA的毒素自25年前被发现具有5-HT₃（5-羟色胺3型）受体拮抗活性以来，其结构特征一直是个未解之谜。5-HT₃受体作为配体门控离子通道，与抑郁症、药物成瘾、癌症等多种疾病密切相关，但现有靶向该受体的药物仍存在选择性不足等问题。

为破解这一难题，詹姆斯库克大学的研究团队历时3年收集地理锥螺防御毒液，通过核磁共振（NMR）技术首次解析了σS-GVIIIA的三维结构。这项发表在《Biochemical Journal》的研究揭示，这个含有41个氨基酸、5对二硫键的毒素采用了前所未有的生长因子胱氨酸结（GFCK）结构基序，这是首次在无脊椎动物毒液中发现的GFCK实例。研究还创新性地运用AlphaFold 3人工智能预测模型，揭示了溴代色氨酸（BTR34）在5-HT₃受体结合中的关键作用。

关键技术包括：从地理锥螺活体采集防御毒液（36个月周期）；反相高效液相色谱/质谱（RP-HPLC/MS）纯化；900 MHz核磁共振（含低温探头）进行结构解析；CYANA算法计算二硫键连接；AlphaFold 3预测毒素-受体复合物结构。

【研究结果】

1. 毒液成分动态变化：LC-MS分析显示σS-GVIIIA仅存在于防御毒液，且个体间含量差异显著（Supplementary Figure S1），解释了过去研究难以重复的原因。

2. 结构解析突破：通过346个距离约束和50个二面角约束（Table 1），确定σS-GVIIIA含4个β折叠和GFCK核心（Cys⁶-Cys²⁵/Cys¹¹-Cys³⁶/Cys¹⁵-Cys³⁸），以及两对非核心二硫键（Cys²-Cys¹⁷/Cys²³-Cys⁴⁰）（Figure 1C）。与常见抑制剂胱氨酸结（ICK）相比，GFCK的Cys^I'-Cys^IV'键穿透方式截然不同（Figure 2）。

3. 进化启示：ConoServer数据库分析发现，31种VIII型框架芋螺毒素含有GFCK特征序列CXGXC/CXC（Figure 4），暗示该结构基序在锥螺毒液中可能普遍存在。

4. AI预测的局限性：AlphaFold 3仅在包含前体序列时准确预测结构（主干RMSD 0.791 ?），否则错误预测二硫键连接（Figure 5），凸显AI对新型结构训练的不足。

5. 受体互作机制：预测显示σS-GVIIIA通过β1/β4链和含BTR34的loop 7区域结合5-HT₃受体正交位点（Figure 6），与临床用药格拉司琼（granisetron）结合位点重叠（Supplementary Figure S8）。

【结论与意义】
这项研究填补了芋螺毒素结构多样性的重要空白，首次将GFCK基序与5-HT₃受体拮抗功能相关联。发现非核心二硫键可能参与受体识别（Supplementary Figure S6），为设计选择性5-HT₃亚型药物提供新思路。研究还警示：AI预测含复杂二硫键的肽类时，前体序列的纳入对准确性至关重要。未来通过化学合成验证BTR34的药效团作用，或将开辟神经精神疾病治疗新途径。