《Bioorganic Chemistry》：Design of antinociceptive peptide by grafting domains between scorpion β-neurotoxins
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電壓門控鈉離子通道（VGSC）與神經病理性、炎癥性疼痛等相關，其亞型 hNaV1.7 參與痛覺編碼。研究人員通過計算方法，將非致死性 CeII8 毒素氨基酸嫁接到 rCssII-RCR，構建 rCssII-Del-D23A-TCD。該肽在疼痛模型中具鎮痛活性，效果堪比 DAMGO，為鎮痛藥物開發提供新方向。
在疼痛治療的探索中，電壓門控鈉離子通道（voltage-gated sodium channels，VGSC）作為關鍵分子靶點備受關注。這類通道在可興奮細胞中負責鈉離子的跨膜運輸，其功能異常會引發多種通道病，如神經病理性疼痛和炎癥性疼痛等。蝎、蜘蛛等 venomous animals 的毒液肽因能調節 VGSC，成為潛在的鎮痛藥物先導分子。其中，蝎尾神經毒素（β-neurotoxins）是一類含 60-80 個氨基酸、由 4 對二硫鍵穩定的肽類，通過結合 VGSC 的受體位點 4（site 4）改變通道動力學，產生抑制（降低最大峰值電流）或興奮（將通道激活電位向更負方向偏移）效應。然而，多數致死性蝎尾神經毒素主要靶向 Nav1.1、Nav1.2 等與痛覺關聯較弱的 VGSC 亞型，而特異性作用于與痛覺編碼和處理相關的 hNaV1.7、hNaV1.8 等亞型的毒素報道較少。例如，致死性毒素 CssII 主要結合 hNav1.6 的 site 4，而非致死性毒素 CeII8 可與 hNaV1.7 相互作用，但其獨特結構（N 端氨基酸缺失、C 端無羧基化且含酸性氨基酸天冬氨酸）是否能用于改造現有毒素、開發低毒高效的鎮痛藥物，成為亟待探索的科學問題。
為解決這一問題，來自墨西哥國立自治大學（Universidad Nacional Autónoma de México，UNAM）的研究人員開展了一項創新研究。他們基于非致死性 CeII8 毒素的結構特征，利用計算方法，對重組神經毒素 rCssII-RCR 進行結構域嫁接和氨基酸改造，成功構建了一種名為 rCssII-Del-D23A-TCD 的嵌合肽，并在炎癥性和神經病理性疼痛模型中驗證其鎮痛活性。該研究成果發表在《Bioorganic Chemistry》，為靶向 VGSC 的鎮痛藥物開發提供了新策略和實驗依據。
研究人員主要采用了以下關鍵技術方法：
- 同源建模與分子動力學模擬：利用已有的 hNaV1.6 site 4 和 nCssII、rCssII、rCssII-RCR 結構模型，結合 hNaV1.7（PDB ID：6j8j）的晶體結構（選取 site 4 區域 746-866 和 1316-1466），通過 Modeller 軟件對未解析的 S3-S4 連接環（827-830）進行建模，以最低 DOPE 分數篩選最佳模型，分析毒素與通道的相互作用機制。
- 靜電勢圖分析：通過計算 nCssII、rCssII、rCssII-RCR 和 nCeII8 的靜電勢圖，揭示毒素 C 端電荷分布與 VGSC 相互作用的關聯性，為結構改造提供理論依據。
同源建模和分子動力學
研究構建了 hNaV1.7 site 4 的三維結構模型，重點關注毒素與通道的結合區域。結果顯示，蝎尾神經毒素的 N 端和 C 端殘基直接參與 site 4 的結合，其中 C 端朝向結構域 III 的細胞外成孔殘基，提示 C 端結構對結合特異性和活性至關重要。
靜電勢圖分析
靜電勢圖顯示，所有毒素模型的 C 端均存在顯著電荷表面。此前研究表明，nCssII 和 rCssII-RCR 因 C 端呈電中性，對 hNav1.6 具有活性；而 rCssII 因 C 端電荷差異活性較低。nCeII8 的 C 端酸性氨基酸（Asp）形成的負電荷區域，可能是其特異性結合 hNaV1.7 的關鍵因素。
討論
通過在 rCssII-RCR 的 C 端引入 nCeII8 的酸性氨基酸序列（TCD 三聯體），嵌合肽 rCssII-Del-D23A-TCD 不僅消除了顱內注射的毒性，還在鞘內注射時表現出選擇性鎮痛活性。機制上，C 端負電荷增強了與 hNaV1.7 帶正電區域的靜電相互作用，從而特異性抑制痛覺信號傳導，而對其他 VGSC 亞型影響較小，降低了全身毒性風險。
結論
本研究首次通過嫁接非致死性蝎尾神經毒素 CeII8 的結構域，成功改造致死性毒素 CssII 的重組變體，獲得具顯著鎮痛活性的嵌合肽 rCssII-Del-D23A-TCD。其鎮痛效果與 μ- 阿片受體激動劑 DAMGO 相當，但作用機制不同，為開發非阿片類、高選擇性的新型鎮痛藥物提供了有效策略。研究中建立的同源建模 - 分子動力學 - 靜電勢分析聯用的方法學，可推廣至其他毒素改造和藥物設計領域，為靶向 VGSC 的疼痛治療開辟了新路徑。
