新的化合物优于普通止痛药，无有害的副作用

诸平

据美国纽约大学（New York University）2024年1月3日提供的消息，新的化合物优于普通止痛药，没有有害的副作用（New Compound Outperforms Common Pain Medication Without Harmful Side Effects）。

通过对2700万种潜在药物的广泛筛选发现了一种新的化合物，在动物研究中显示出逆转慢性疼痛的功效，副作用很小。这项研究在疼痛管理方面取得了重大进展。这种名为CBD3063的化合物以一种新颖的方式靶向Ca_v2.2钙通道（Ca_v2.2 calcium channel），其性能优于加巴喷丁（gabapentin）等现有药物。正在进行的研究旨在改进这种化合物，并将其作为一种更安全、更有效的止痛药进行临床试验。研究人员在临床前研究中发现了一种能够抑制四种疼痛的小分子。相关研究结果于2023年11月16日已经在《美国国家科学院院刊》（Proc Natl Acad Sci USA）杂志网站发表——Kimberly Gomez, Ulises Santiago, Tyler S. Nelson, Heather N. Allen, Aida Calderon-Rivera, Sara Hestehave, Erick J. Rodríguez Palma, Yuan Zhou, Paz Duran, Santiago Loya-Lopez, Elaine Zhu, Upasana Kumar, Rory Shields, Eda Koseli, Bryan McKiver, Denise Giuvelis, Wanhong Zuo, Kufreobong E. Inyang, Angie Dorame, Aude Chefdeville, Dongzhi Ran, Samantha Perez-Miller, Yi Lu, Xia Liu, null Handoko, Paramjit S. Arora, Marcel Patek, Aubin Moutal, May Khanna, Huijuan Hu, Geoffroy Laumet, Tamara King, Jing Wang, M. Imad Damaj, Olga A. Korczeniewska, Carlos J. Camacho, Rajesh Khanna. A peptidomimetic modulator of the Ca_V2.2 N-type calcium channel for chronic pain. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023 Nov 21; 120(47): e2305215120. DOI: 10.1073/pnas.2305215120. Published online 16 November 2023. https://doi.org/10.1073/pnas.2305215120

参与此项研究的除了来自美国纽约大学的研究人员之外，还有来自美国匹兹堡大学（University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA，USA）、美国亚利桑那大学（University of Arizona, Tucson, AZ, USA）、美国纽约大学朗格尼健康中心（New York University Langone Health, New York, NY, USA）、美国新泽西州纽瓦克罗格斯牙科医学院（Rutgers School of Dental Medicine, Newark, NJ, USA）、罗格斯大学研究生院（Rutgers School of Graduate Studies, Newark Health Science Campus, Newark, NJ, USA）、美国弗吉尼亚联邦大学（Virginia Commonwealth University, Richmond, VA, USA）、美国新英格兰大学(University of New England, Biddeford, ME, USA）、美国罗格斯新泽西医学院（Rutgers New Jersey Medical School, Newark, NJ, USA）、美国密歇根州立大学(Michigan State University, East Lansing, MI, USA）、美国亮岩道有限责任公司（Bright Rock Path Limited Liability Company, Tucson, AZ, USA）、美国圣路易斯大学（St. Louis University, St. Louis, MO, USA）以及中国重庆医科大学（Chongqing Medical University, Chongqing, China）的研究人员。

由纽约大学牙科学院疼痛研究中心（Pain Research Center at NYU College of Dentistry）领导的这项新研究，在疼痛管理方面取得了重大突破。研究人员筛选了2700万种潜在新药，在动物实验中发现了一种能有效逆转四种慢性疼痛的化合物。

这种小分子通过与钙通道的内部区域结合，间接调节它。值得注意的是，它比一种常用的止痛药——加巴喷丁(gabapentin)的效果更好，但没有相关的麻烦副作用。

纽约大学疼痛研究中心（NYU Pain Research Center）主任、纽约大学牙科学院分子病理生物学教授拉杰什·康纳(Rajesh Khanna)表示，钙通道在疼痛信号传导中发挥着核心作用，部分是通过释放谷氨酸（glutamate）和γ-氨基丁酸（GABA）等神经递质（neurotransmitters）来传递疼痛信号。Cav2.2(或N型)钙通道是三种临床可用药物的靶点，包括加巴喷丁(以包括Neurontin在内的品牌销售)和普瑞巴林(pregabalin, Lyrica)，这两种药物广泛用于治疗神经痛和癫痫(epilepsy)。

加巴喷丁通过结合Cav2.2钙通道的外部，影响通道的活性来减轻疼痛。然而，像许多止痛药一样，加巴喷丁的使用也有副作用。

上述研究的资深作者拉杰什·康纳说：“开发副作用最小的有效疼痛管理方法至关重要，但创造新的疗法一直具有挑战性。我们的实验室不是直接针对已知的止痛靶点，而是专注于间接针对与疼痛有关的蛋白质。”

钙通道的内部（Inside the channel）

拉杰什·康纳长期以来一直对一种叫做CRMP2的蛋白质感兴趣，它是Cav2.2钙通道的关键调节剂，从内部与通道结合。拉杰什·康纳和他的同事们之前发现了一种从CRMP2中提取的肽(氨基酸的一小部分；详见 previously discovered a peptide)，可以使CRMP2与钙离子通道分离。当这种被称为钙通道结合域3（calcium channel‐binding domain 3简称CBD3）的肽被递送到细胞中时，它充当了一个诱饵，阻止CRMP2结合到钙通道内部。这导致进入钙通道的钙减少，神经递质释放减少，从而在动物实验中减少疼痛。

肽（Peptides）很难作为药物合成，因为它们是短效的，很容易在胃中降解，所以研究人员试图创造一种基于CBD3的小分子药物。从组成CBD3肽的15种氨基酸开始，他们把注意力集中在两种氨基酸上，研究表明这两种氨基酸负责抑制钙流入和减轻疼痛。

“在该点上，我们意识到这两种氨基酸可以成为设计小分子的基石，”拉杰什·康纳说。

千万中挑一（From 27 million to one）

与匹兹堡大学的同事合作，研究人员进行了计算机模拟，筛选了2700万种化合物的文库，以寻找与CBD3氨基酸（CBD3 amino acids）匹配的小分子。

模拟将文库缩小到77种化合物，研究人员通过实验测试了它们是否减少了钙的流入量。这进一步将化合物种类减少到9种，使用电生理学（electrophysiology）来评估通过钙通道的电流的减少。

一种被研究人员命名为CBD3063的化合物成为最有希望治疗疼痛的候选者。生化实验表明，CBD3063破坏Ca_V2.2钙通道与CRMP2蛋白的相互作用，减少钙进入通道，减少了神经递质释放。

“许多科学家已经筛选了相同的化合物库，但一直试图从外部阻断钙通道。我们的目标，这两种来自CRMP2的氨基酸，位于细胞内部，这种间接的方法可能是我们成功的关键，”拉杰什·康纳说。

四个实验，四种类型的疼痛（Four labs, four types of pain）

拉杰什·康纳的实验室随后用小鼠模型测试了CBD3063与损伤相关的疼痛。该化合物在雄性和雌性小鼠中都能有效缓解疼痛，值得注意的是，在与加巴喷丁的正面比较测试（head-to-head test）中，研究人员需要使用远少于加巴喷丁(30 mg)的CBD3063(1~10 mg)来减轻疼痛。

为了探索CBD3063是否有助于治疗不同类型的慢性疼痛，拉杰什·康纳与弗吉尼亚联邦大学(Virginia Commonwealth Universit)、密歇根州立大学(Michigan State University)和罗格斯大学(Rutgers University)的研究人员合作。合作者进行了类似的研究，用CBD3063治疗化疗引起的神经病变、炎症性疼痛和三叉神经痛的动物模型，都成功地逆转了疼痛，类似于加巴喷丁。

但与加巴喷丁不同的是，CBD3063的使用没有副作用，包括镇静作用、记忆和学习等认知能力的改变、或者心率和呼吸的改变。

未来的方向（What’s next）

研究人员正在继续研究CBD3063，提炼其化学成分，并进行额外的测试，以研究该化合物的安全性，并评估是否会产生耐受性。

从长远来看，他们希望将CBD3063衍生药物带入临床试验，努力为安全有效的缓解疼痛提供新的选择。

拉杰什·康纳说：“确定这种同类中第一个小分子是超过15年研究的高潮。虽然我们的研究仍在继续，但我们渴望为有效治疗慢性疼痛提供一种优于加巴喷丁的替代药物。”

本研究得到了美国国立卫生研究院（NIH awards: NINDS NS098772 and NS120663, NIDA DA042852, NINDS NS119263, NIGMS GM115384 and NINDS NS121776, NINDS NS121259, NIGMS P30GM145497, NCI R01CA219637）以及丽塔·艾伦基金会(Rita Allen Foundation)的资助。

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

Significance

Transmembrane Ca_v2.2 voltage-gated calcium channels play a central role in pain through providing the Ca²⁺ for sustained neuronal firing and neurotransmitter release. Therapeutics targeting Ca_v2.2 include the blocking peptide toxin Ziconotide and the gabapentinoids [e.g., Gabapentin (GBP)], which target an auxiliary subunit of Ca_v2.2; however, both drugs are encumbered with numerous side effects. Collapsin response mediator protein 2 (CRMP2) is a key cytosolic regulator of Ca_v2.2. CBD3063, a peptidomimetic that we devised, selectively curbs Ca_v2.2 activity, paralleling GBP in alleviating neuropathic and inflammatory pain across sexes. In contrast to GBP, CBD3063 upheld the protective/adaptive role of pain, without negatively affecting sedative, depressive, or cognitive behaviors. In short, CBD3063 may be a superior successor in pain management.

Abstract

Transmembrane Ca_v2.2 (N-type) voltage-gated calcium channels are genetically and pharmacologically validated, clinically relevant pain targets. Clinical block of Ca_v2.2 (e.g., with Prialt/Ziconotide) or indirect modulation [e.g., with gabapentinoids such as Gabapentin (GBP)] mitigates chronic pain but is encumbered by side effects and abuse liability. The cytosolic auxiliary subunit collapsin response mediator protein 2 (CRMP2) targets Ca_v2.2 to the sensory neuron membrane and regulates their function via an intrinsically disordered motif. A CRMP2-derived peptide (CBD3) uncouples the Ca_v2.2–CRMP2 interaction to inhibit calcium influx, transmitter release, and pain. We developed and applied a molecular dynamics approach to identify the A1R2 dipeptide in CBD3 as the anchoring Ca_v2.2 motif and designed pharmacophore models to screen 27 million compounds on the open-access server ZincPharmer. Of 200 curated hits, 77 compounds were assessed using depolarization‐evoked calcium influx in rat dorsal root ganglion neurons. Nine small molecules were tested electrophysiologically, while one (CBD3063) was also evaluated biochemically and behaviorally. CBD3063 uncoupled Ca_v2.2 from CRMP2, reduced membrane Ca_v2.2 expression and Ca²⁺ currents, decreased neurotransmission, reduced fiber photometry-based calcium responses in response to mechanical stimulation, and reversed neuropathic and inflammatory pain across sexes in two different species without changes in sensory, sedative, depressive, and cognitive behaviors. CBD3063 is a selective, first-in-class, CRMP2-based peptidomimetic small molecule, which allosterically regulates Ca_v2.2 to achieve analgesia and pain relief without negative side effect profiles. In summary, CBD3063 could potentially be a more effective alternative to GBP for pain relief.