慢性咳嗽，尤其是难治性或不明原因慢性咳嗽（Refractory or unexplained chronic cough, RUCC），影响着全球约10%的人口，患者长期受困于睡眠障碍与社交受限，心理负担沉重，且临床上极度缺乏疗效确切且耐受性良好的药物。目前，ATP门控阳离子通道P2X3受体被公认为止咳的关键靶点，其相关拮抗剂已相继进入临床或获批上市。然而，第一代P2X3拮抗剂（如Gefapixant）在临床应用中遭遇了严重的瓶颈：超过半数的患者会出现严重的味觉障碍（如味觉异常或丧失）。领域内普遍认为，这一副作用源于药物对味觉传入神经上P2X2/3异聚体的非选择性抑制。因此，如何在保留镇咳疗效的同时规避味觉副作用，实现对亚型的高选择性识别，一直是该领域药物研发的核心挑战，而P2X2/3异聚体高分辨率结构的缺失，使得这一目标长期以来受阻。
近日，南昌大学基础医学院/南昌大学第二附属医院联合深圳晶蛋生物在ScienceAdvances上发表了题为Cryo-EM Structures of Human P2X2/3 Heteromer channel Reveal the Structural Basis of Ligand Selectivity的研究论文。该研究利用冷冻电镜（Cryo-EM）技术，解析了人源P2X2/3异聚体的高分辨率结构，在原子水平上阐明了不同止咳药物区分同聚体与异聚体的分子机制，为开发高效、无味觉障碍副作用的下一代止咳药物奠定了结构基础。
研究团队通过串联亲和纯化策略，克服了异聚体蛋白表达与纯化的挑战，并利用冷冻电镜解析了人源P2X2/3异聚通道的多种冷冻电镜结构，并进一步获得了P2X3与高选择性拮抗剂Camlipixant的复合物结构。同时，我们还解析了人源P2X2同聚体从静息态到激活态、再到脱敏状态的一系列结构，从而较系统地描绘了其门控过程。
该工作首先解决了长期存在的学术争议：证实了P2X2/3异聚体并非单一组装形式，而是存在1:2与2:1两种亚基化学计量比的三聚体，为亚基组成的争论提供了直接的结构证据。结构分析进一步揭示，P2X2/3异聚体具有显著的结构不对称性，特别是在跨膜TM2螺旋及孔道区域。这种独特的非对称构象，为其在ATP敏感性及脱敏动力学上的药理学特性提供了合理解释。
更重要的是，该研究深入揭示了两类代表性止咳候选药物在识别机制上的本质差异：结构显示，Gefapixant结合于一个位于亚基界面的别构口袋。这个口袋在P2X3同聚体和P2X2/3异聚体之间高度保守，因此Gefapixant虽然能够有效抑制P2X3，也同样容易作用于P2X2/3。这一结果很好地解释了其选择性不足的原因，也为其临床上较常见的味觉相关不良反应提供了结构依据。相比之下，Camlipixant的结合位点完全不同。它结合在P2X3细胞外前庭区一个更具亚型特异性的别构位点，该位点的关键残基在P2X2/3异聚体中并不保守，导致Camlipixant很难稳定结合异聚体。结构与功能实验共同表明，正是这一“利用差异性位点”的识别方式，使Camlipixant对P2X3表现出远高于P2X2/3的选择性。这也说明，如果药物设计能够避开保守口袋、转而利用P2X3特有的结构微环境，就有望在保留镇咳活性的同时降低味觉副作用。
综上所述，这项工作提供了首个关于人源P2X2/3异聚受体的高分辨率结构框架，不仅澄清了其组装方式和非对称构象特征，也系统解释了不同P2X3拮抗剂选择性差异的结构基础。更重要的是，这些结果为慢性咳嗽药物研发提供了一个清晰思路：以P2X3同聚体为主要镇咳靶点，同时尽量避免作用于味觉传入神经相关的P2X2/3异聚体，从而实现疗效与耐受性的平衡。本研究为下一代高选择性P2X3拮抗剂的理性设计提供基础，也为理解异聚离子通道如何通过亚基组合塑造药理学特征提供新的范例。
南昌大学基础医学院博士生成心宇为本文的独立第一作者。张进教授为本文的通讯作者。
（来源：南大基础之家微信公众号）