来自哥伦比亚蜘蛛Pamphobeteus verdolaga的新vrdg183毒素通过一种变构机制抑制L型钙离子（Ca2+）电流

时间：2026年1月8日

来源：European Journal of Pharmacology

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本研究通过转录组分析筛选出哥伦比亚蜘蛛Pamphobeteus verdolaga的五个新型短肽，并利用膜片钳技术和分子模拟证实vrdg183为首个靶向哺乳动物电压门控钙通道的蜘蛛毒素，其低分子量和特异性使其具有药用潜力。

生理学与生物化学研究小组——PHYSIS，安蒂奥基亚大学医学院，麦德林，050010，哥伦比亚

摘要

背景

蜘蛛毒液富含能够调节哺乳动物电压门控离子通道（VGIC）的毒素，这些毒素具有药理活性。然而，关于影响电压门控Ca²⁺通道的美洲蜘蛛毒素的研究进展相对滞后。本研究旨在鉴定哥伦比亚蜘蛛Pamphobeteus verdolaga的新Ca²⁺通道调节毒素。

方法

从P. verdolaga的毒腺转录组数据库中筛选出五种新型短链、带正电荷、含有二硫键的肽段，以及一种不含二硫键的对照肽段。这些肽段被合成后，在1 μM浓度下使用膜片钳技术检测其对小鼠心肌细胞L型Ca²⁺电流（I_CaL）的影响。同时评估了I_K电流，以了解这些肽段的选择性。此外还进行了三维建模、对接和分子动力学模拟。

结果

vrdg183（19个氨基酸残基，包含4个半胱氨酸，电荷为+7，分子量为2.33 kDa）以及vrdg69和vrdg177对I_CaL电流的抑制效果超过60%；vrdg172和vrdg164的抑制效果较弱，低于40%。vrdg183的半抑制浓度为858.28 nM，且它是唯一一种不对I_K电流产生影响的毒素。vrdg183由两条反平行β链组成，成功与人类心脏Ca_v1.2通道外孔区域的L6_IV环对接，结合能为-9.5 kJ/mol。**结论**：这是首次报道P. verdolaga毒素对电压门控离子通道的作用。vrdg183作为一种低分子量、中等活性的I_CaL抑制剂，通过别构机制发挥作用，同时对I_K电流无影响。

引言

许多动物毒液中含有能够调节哺乳动物电压门控离子通道（VGIC）的肽类毒素（Bolon等人，2023；Langenegger等人，2019；Rash和Hodgson，2002；Rojas-Palomino等人，2024）。在无脊椎动物中，尤其是节肢动物中，这些毒素通常由10-75个氨基酸组成，具有多样的结构（Daly和Craik，2011；Jin等人，2019；King和Hardy，2013；Langenegger等人，2019；Quintero-Hernández等人，2013；Xia等人，2023）。由于其低分子量（<10 kDa）、二硫键的存在以及特定的折叠结构，这些毒素具有稳定性，并能有效地与VGIC结合并调节其功能（Deplazes，2017；Langenegger等人，2019；Quintero-Hernández等人，2013；Rojas-Palomino等人，2024）。

哺乳动物的电压门控离子通道（VGIC）是多跨膜蛋白，专门负责在电化学梯度驱动下促进离子跨细胞膜转运。虽然VGIC主要存在于可兴奋细胞中，但它们也存在于许多其他类型的细胞中（Bolaños和Calderón，2022；Catterall，1995；Quintana等人，2010）。VGIC由单个大的α亚基或多个较小的α亚基组成。电压门控Ca²⁺通道（VGCC）属于第一类结构，而电压门控K⁺通道（VGKC）则是第二类的代表。α亚基对离子跨膜转运至关重要，因为它包含孔道结构（PD）和电压感应结构（VSD）中的带正电荷的S4螺旋（Bezanilla，2008；Rojas-Palomino等人，2024；Wu等人，2016）。辅助亚基也会影响通道的生物物理特性（Morin和Kobertz，2008）。

据报道，许多中美洲和南美洲的刺胞动物、锥形蜗牛、蛇和蜘蛛的毒素能够调节哺乳动物的VGIC：在95%的情况下，这些毒素会降低通道的电流（Rojas-Palomino等人，2024）。在这些地区发现的毒素中，约65%来自蝎子，仅有约15%来自蜘蛛。其中90%的毒素仅对VGCC起作用或仅调节VGCC（Rojas-Palomino等人，2024）。

最近，我们对哥伦比亚发现的蜘蛛物种Pamphobeteus verdolaga的毒腺进行了转录组分析（Cifuentes等人，2016），发现了含有半胱氨酸残基的新短肽序列，这些残基可能参与形成二硫键，并与其他蜘蛛毒素具有相似性（Salinas-Restrepo等人，2024，2022）。初步荧光实验表明，该蜘蛛的某些毒液成分能够阻断VGCC（Estrada-Gomez等人，2019），但具体与VGCC相互作用的毒素尚未确定。这使我们推测P. verdolaga的毒腺中含有具有潜在药理应用价值的VGCC调节毒素。本文报道了从P. verdolaga毒腺中合成的五种含二硫键的肽以及一种不含二硫键的肽的纯化和电生理学评估结果，证实了它们作为VGIC调节剂的作用。其中，最具选择性的毒素通过计算机模拟揭示了其对人类VGCC的作用机制。

伦理批准

本研究涉及动物的所有实验程序均获得了安蒂奥基亚大学动物实验伦理委员会的批准（2019年10月29日第129次会议记录），符合1989年法律84号和1993年决议8430号的规定，同时遵循欧洲议会指令2010/63/EU以及实验设计、数据分析和结果报告的相关政策（Percie du Sert等人）。

肽类

表1总结了本研究中使用的不同肽类的理化性质。vrdg66被用作对照肽，因为它与其他肽具有相似的特性，如正电荷、良好的溶解性和极低的分子量，但由于缺乏二硫键，预计不会影响VGIC。相比之下，其他五种含二硫键的肽被认为能够调节心肌细胞中的VGIC。

心肌细胞和对照电流

实验中使用的心肌细胞图像

讨论

我们的主要发现包括：i) P. verdolaga的毒腺产生低分子量的含二硫键肽，这些肽能够调节哺乳动物的VGIC；ii) vrdg183能抑制I_CaL电流而不影响I_K电流；iii) vrdg183与人类Ca_v1.2通道外的L6_IV环结合；iv) vrdg69、vrdg164、vrdg172和vrdg177是对VGIC的非特异性抑制剂。

结论

多学科研究方法使我们首次鉴定出P. verdolaga的五种能够调节VGIC的毒素。这一发现填补了关于低分子量动物毒素对VGIC作用的知识空白。vrdg183作为一种中等活性的别构抑制剂，对I_CaL电流具有抑制作用，而对I_K电流无影响，其选择性和低分子量使其具有重要的药理学价值。

作者贡献声明

亚历杭德罗·戈麦斯-雷斯特雷波（Alejandro Gómez-Restrepo）：撰写、审稿与编辑、数据可视化、方法学分析、数据整理。杰西卡·罗哈斯-帕洛米诺（Jessica Rojas-Palomino）：撰写、审稿与编辑、数据可视化、方法学分析、数据整理。马科·A·希拉尔多（Marco A. Giraldo）：项目监督、资金获取、概念构思。胡安·C·卡尔德龙（Juan C. Calderón）：原始稿撰写、项目监督、资金获取、数据整理、概念构思。克里斯蒂安·萨利纳斯-雷斯特雷波（Cristian Salinas-Restrepo）：撰写、审稿与编辑。

未引用参考文献

Guo等人，2002年。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

伦理批准

本研究涉及动物的所有实验程序均获得了安蒂奥基亚大学动物护理伦理委员会的批准（2019年10月29日第129次会议记录）。实验动物被饲养在聚丙烯笼中，可自由摄取食物和水，环境为12小时光照和12小时黑暗的周期。仅使用体重20–26克的雄性瑞士韦伯斯特小鼠。实施安乐死时，动物被暴露于异氟烷（2%）中25-30秒，随后迅速进行颈椎脱位。

出版同意

不适用。

数据和材料的可用性

P. verdolaga毒腺中的肽序列已由我们的团队发布在相关数据库中（Salinas-Restrepo等人，2024）。

手稿准备过程中使用的人工智能和辅助技术的声明

作者声明在整篇手稿的编写过程中未使用任何形式的人工智能。

资助

本研究得到了哥伦比亚科学技术部（MinCiencias，项目编号111577757673，资助对象为JCC、MAG和CS）、安蒂奥基亚大学规划办公室提供的E01792-B和ES03180101号资助（资助对象为JCC和MAG），以及安蒂奥基亚大学提供的2019-2020年度教师奖学金（资助对象为JR-P）的支持。资助方未参与证据来源的选择、数据分析、手稿撰写或提交过程。