基于计算机模拟、细胞与果蝇模型筛选新型KCNT1癫痫治疗药物的突破性研究

本刊推荐：本研究通过计算机模拟筛选、细胞电生理及果蝇癫痫模型验证，首次发现抗炎镇痛药antrafenine可高效抑制KCNT1钾通道（IC50=12.6 nM），显著改善KCNT1突变所致癫痫发作表型，并证实其血脑屏障穿透性，为耐药性癫痫提供了精准治疗新策略。

引言背景

KCNT1钾通道基因的功能获得性突变与多种耐药性癫痫相关，包括婴儿期游走性局灶性癫痫（EIMFS）和睡眠相关过度运动性癫痫。该通道在中枢神经系统广泛表达，受细胞内钠离子和弱去极化激活。突变导致通道过度活跃，通过抑制性神经元兴奋性降低引发网络级联异常。现有治疗药物如奎尼丁因心脏离子通道抑制作用而受限，亟需开发高选择性KCNT1抑制剂。

研究方法

采用计算机辅助药物筛选策略，基于鸡源KCNT1冷冻电镜结构（PDB: 5U70）对DrugBank数据库进行分子对接。通过Glide软件评估化合物与通道孔区结合能力，优先选择脂溶性高（clogP>3）、已获批药物。建立包含野生型（WT）与癫痫突变（Y796H、G288S、R398Q、R928C）的异源表达体系，使用串联体技术模拟杂合突变状态。通过全细胞膜片钳和内膜外向式膜片钳评估药物对钾电流的抑制效应，并在人源化果蝇癫痫模型中验证抗癫痫活性。

核心发现

1. 1.

   虚拟筛选与靶点验证

   从9种候选药物中鉴定出4种KCNT1抑制剂：antrafenine（IC₅₀=1.30 μM）、尼非那韦（2.86 μM）、阿托伐他汀（7.54 μM）和瑞戈非尼（10.30 μM）。分子对接显示这些药物通过疏水作用和氢键结合孔区关键残基（如T314、E347），其中antrafenine的双三氟甲基基团嵌入S6段空腔，实现跨孔阻滞。

2. 2.

   突变通道特异性抑制

   内膜外向式膜片钳揭示antrafenine和尼非那韦对WT及突变通道（R928C、R398Q、G288S）均具纳摩尔级效价（IC₅₀范围8.0-30.7 nM），单通道 conductance 不变但开放概率显著降低。阿托伐他汀需微摩尔浓度才达半数抑制，且对R398Q突变体敏感性下降。

3. 3.

   果蝇模型抗癫痫验证

   在GABA能神经元表达人源突变KCNT1的果蝇中，antrafenine（0.001-1 μM）和尼非那韦使癫痫发作率降低25-75%，且呈剂量依赖性。阿托伐他汀和瑞戈非尼无显著效果，而阳性对照bepridil加剧发作，凸显突变特异性药理差异。

4. 4.

   药代动力学特性

   小鼠体内实验表明antrafenine血浆半衰期达7.4小时，脑组织浓度约为血浆的30%（4小时时脑内浓度13.9 nM），证实其血脑屏障穿透能力。历史临床数据提示人体耐受剂量下达0.3 μM血浆浓度，与有效抑制浓度匹配。

临床意义

本研究首次发现antrafenine——一种20世纪80年代已临床应用的抗炎镇痛药——可作为高效KCNT1抑制剂，其纳摩尔级效价、多突变谱系覆盖性及脑内分布特性，为KCNT1相关性癫痫提供了直接转化可能。尼非那韦虽效价相当，但因P-糖蛋白外排导致的脑内暴露量不足及心脏hERG通道抑制风险而受限。研究建立的"计算机-细胞-动物"三级筛选范式，为机制明确的遗传性疾病的药物重定位提供了普适性策略。

未来展望

需在哺乳动物癫痫模型中进一步验证antrafenine的抗发作效果和安全性，并探索其与现有抗癫痫药物的协同效应。针对不同结构域突变（如RCK1与孔区突变）的差异化药效反应，提示未来需开展突变特异性精准医疗研究。