α-芋螺毒素[S9K]TxID靶向大鼠α3β4烟碱型乙酰胆碱受体的分子机制及其治疗潜力

本研究针对α3β4烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR）在药物成瘾和肺癌等疾病中的治疗潜力，通过构建131个α3β4 nAChR单点突变体，结合电生理技术鉴定出14个关键氨基酸残基（如α3-K152、β4-I108），揭示了[S9K]TxID高选择性的分子机制。该成果为开发靶向α3β4 nAChR的海洋药物先导化合物提供了理论依据。

　　

烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR）作为神经系统重要的信号传导分子，其亚型α3β4与药物依赖、肺癌和肥胖等疾病密切相关。然而，开发高选择性靶向药物面临巨大挑战——天然配体往往缺乏亚型特异性。海洋生物毒素因其独特的分子结构成为突破口，其中α-芋螺毒素TxID经改造获得的[S9K]TxID对α3β4 nAChR的半数抑制浓度（IC₅₀
）达9.0 nM，选择性超过其他亚型950倍，但具体作用机制尚不明确。

为破解这一科学难题，中国科学院的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表重要成果。研究采用位点定向突变技术构建131个α3β4 nAChR嵌合突变体，结合双电极电压钳电生理记录系统评估活性变化，并通过分子建模解析相互作用模式。

化学合成与鉴定
[S9K]TxID采用选择性二硫键氧化策略合成，经RP-HPLC和ESI-MS验证纯度>95%，分子量1530.94 Da与理论值一致。

关键残基鉴定
电生理检测发现14个决定敏感性的残基，其中α3-K152、α3-Q195、β4-I108和β4-Q116突变使活性分别降低7.4-18倍。这些残基主要位于受体胞外结构域（ECD），提示其参与配体结合口袋的形成。

分子机制探讨
分子对接显示[S9K]TxID通过疏水核心（Pro⁷
-Val⁸
-Cys⁹
）与β4亚基结合，而α3-K152的阳离子-π相互作用增强特异性。与α6/α3β4亚型的比较揭示，β4亚基第108位异亮氨酸（β4-I108）的侧链空间位阻是选择性的关键因素。

这项研究不仅阐明了[S9K]TxID的高选择性结构基础，更开创性地绘制了α3β4 nAChR的配体识别图谱。发现的14个关键残基中，4个（α3-K152等）对活性影响尤为显著，为设计亚型特异性药物提供了精准靶点。分子模型揭示的"疏水核心-阳离子互补"双重作用机制，突破了传统配体设计范式。这些发现不仅推动nAChR结构-功能关系研究，更将加速海洋药物在成瘾治疗和肿瘤靶向领域的转化应用。

值得注意的是，[S9K]TxID对尼古丁诱导条件性位置偏爱（CPP）的抑制作用，暗示其可直接干预成瘾记忆形成。研究团队提出的"亚基嵌合-功能映射"策略，为其他离子通道受体的配体开发提供了方法论参考。未来基于这些发现优化先导化合物，有望解决当前nAChR靶向药物选择性不足的临床困境。