索非布韦和碘胺酮联用引发严重不良作用的分子机制
抗病毒药物索非布韦（sofosbuvir，SOF）与抗心律失常药物胺碘酮（amiodarone, AMIO）的药物相互作用已被报道可引起致命的心跳减慢。据报道，索非布韦及其类似物MNI-1可增强胺碘酮（一种多通道拮抗剂）对心肌细胞钙离子处理的抑制作用，并可能对L型Cav通道产生抑制作用，但其分子机制仍不清楚。2022年11月22日，颜宁教授与武汉大学药学院高帅教授合作在期刊《Cell》发表文章“Structural basis for the severe adverse interaction of sofosbuvir and amiodarone on L-type Cav channels”，研究通过高分辨率冷冻电镜结构分析，揭示了两种药物联合使用时产生致命副作用的分子机制。2015年报道，在联合应用SOF和 AMIO治疗室性心律失常和房颤的III类抗心律失常药物后，患者出现严重的心跳减慢，包括一例死亡。SOF是一种针对丙型肝炎病毒(hepatitis C virus, HCV)非结构蛋白5B (NS5B) RNA聚合酶的核苷酸模拟抑制剂，而AMIO是一种多通道阻滞剂，可作用于Ca2+、Na+和K+通道。随后的研究表明，SOF或其类似物MNI-1 (MRL)增强了AMIO在人体心肌细胞中的钙处理作用，并增强了AMIO对l型Ca2+通道(L-type Ca2+ channels, LTCC)的抑制作用。然而，潜在的分子机制还不清楚。
LTCCs，也被称为二氢吡啶受体(dihydropyridine receptors, DHPR)，指电压门控Ca2+通道的Cav1亚家族。LTCCs是由核心α1亚基、细胞外a2d亚基、细胞内b亚基和某些复合物的跨膜G亚基组成的异质通道。Cav通道的分类基于α1亚基，它包括4个重复，每个重复包含6个跨膜段S1-S6。每个重复的S1-S4段构成电压敏感域(voltage-sensing domain, VSD)，它随着膜电位的波动而发生构象变化。四个重复序列的S5和S6片段包围了负责选择性Ca2+电导的中央孔隙域(pore domain, PD)。在四个Cav1成员中，Cav1.1专门负责骨骼肌的兴奋-收缩耦合(excitation-contraction coupling, ECC)。Cav1.4主要在视网膜中发挥作用，对神经递质释放起关键作用。Cav1.2和Cav1.3在心脏、大脑和内分泌细胞中表现出更多样化的组织分布。Cav1.2和Cav1.3功能障碍在各种心律失常中均有表现。Cav1.2控制心肌细胞的ECC，而窦房结和房室结的主要亚型Cav1.3是起搏器活性所必需的。一直以来，SOF/MNI-1和AMIO的DDI干扰心肌细胞模型中的钙处理和Cav1.2和Cav1.3通道活性。
为了分析SOF/MNI-1和AMIO在Cav1.2和Cav1.3通道上DDI的分子基础，颜宁团队着手解决不同药物组合补充的LTCCs的结构。长期以来，从兔骨骼肌分离出的多亚基Cav1.1复合体(命名为rCav1.1)一直是各种抗高血压药物(如DHP药物和孔隙阻滞剂)调节LTCC的结构分析的原型。由于LTCC成员之间的序列高度相似，研究人员首先收集了AMIO或AMIO结合MNI-1(简称为AM)处理的rCav1.1的冷冻电镜数据。为了研究生理上更相关的人类LTCCs上的DDI，研究人员成功地通过在HEK293细胞中重组表达获得了人类三元Cav1.3复合体，发现由a1、a2d-1和b3亚基组成。通过收集Cav1.3分别与AMIO、SOF和AMIO联合SOF(简称AS)孵育的冷冻电镜数据。系统结构分析表明，AMIO单独插入LTCCs的重复III和IV封闭的孔窗。单独使用时，SOF和MNI-1都不能与通道绑定。然而，在AMIO存在的情况下，无论是SOF还是MNI-1都能够作为孔隙阻断剂，直接阻断离子在通道中央空腔中的渗透路径。该研究显示抗病毒药物和抗心律失常试剂在蛋白质支架上的直接物理、药理学相互作用，为两种药物的临床相关、潜在威胁生命的药物相互作用奠定了基础。
参考文献：Yao X, Gao S, Wang J, et al. Structural basis for the severe adverse interaction of sofosbuvir and amiodarone on L-type Ca(v) channels [J]. Cell, 2022.
撰写人：魏国璋/熊永伟