统计热力学理论模型成功预测药物-离子通道量-效关系

  • 文/图:上海药物所 (中国科学院上海药物研究所)
  • 创建于 2018-03-12
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  电压门控离子通道广泛存在于人体中,是人体电信号传导的关键蛋白质,能引起可激活细胞的动作电位,在神经兴奋与传导、中枢神经系统的调控、心脏搏动、平滑肌蠕动和骨骼肌收缩等过程中均起到重要作用。电压门控离子通道的功能缺陷会引发心脑血管疾病、神经精神疾病等重要疾病,因此是重要的药物靶点。然而,迄今为止,准确表述配体-离子通道相互作用量-效关系的理论模型仍然匮乏,即便是经典的Hill方程也无法准确描述离子通道与药物的量效关系,这使得靶向离子通道的药物设计尤为困难。

  国科大博士生导师、中科院上海药物所蒋华良研究员应用严格的统计热力学理论,从配体(激动剂或抑制剂)与离子通道作用的微观机制出发,推导并建立了描述药物与离子通道相互作用量-效关系理论预测模型,其博士研究生白芳(现在莱斯大学从事博士后研究)编制了相应的计算程序,并成功应用于钾离子通道KCNQ2亚型与激动剂ztz240的作用机制的研究,上海药物所高召兵课题组应用电生理和膜片钳技术验证了上述理论预测模型,实验结果与理论预测结果完全一致(见附图)。

  该研究为靶向离子通道的药物研发,以及其他多结合位点靶标的药物研发提供了有利的理论模型基础。这一研究策略是药理学中Black_Leff 操作模型(Operational Model)的推广,自上世纪八十年代以来,药理学界很少有人采用这种策略——即基于物理化学原理推导药物的量-效关系,继而研究药物的作用机制——来研究药理学问题。本文在发表对传统药理学方法与现代生物技术相结合研究药理学问题,具有一定的示范作用。

  相关研究成果于2018年3月9日在线发表于Frontiers in Pharmacology杂志。该研究项目获得国家973计划及自然科学基金等的支持。

  文章链接:https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphar.2018.00150/abstract

责任编辑:黄巧