撰文 Gladiator 肌痉挛和肌僵硬是一种常见的感觉运动障碍，常见于中风、外伤、脑瘫后的脑和脊髓损伤患者，或多发性硬化症和几种不同病因的肌病患者。全球大概有10%的人群遭受神经系统损伤后的肌肉痉挛和腰背痉挛疼痛。目前，肌肉放松疗法是通过在药理学上调节神经系统的间接机制实现的。因为骨骼肌和心肌球蛋白亚型在结构上非常相似，如果要从机制上仅靶向骨骼肌几乎是不可能的。 除此之外，目前的药物疗效也非常有限，并且由于现有药物的靶标是控制肌肉收缩的上游调节因子，会造成神经和心血管方面的副作用。因此，临床上亟需开发新一代可直接靶向肌肉收缩效应蛋白，同时避免神经和心血管副作用的抗痉挛药物。 一般来说，肌痉挛（spasticity）是上运动神经元损伤后脊髓反射活动性增高引起以速度依赖性的牵张反射增强为特征的肌肉张力异常。无论是药物治疗（肌松药，包括去极化和非去极化类肌松药）还是手术治疗（选择性脊神经背根切断术）均会导致严重的副作用，比如嗜睡、头晕、抑郁和低血压、慢性肌肉骨骼疼痛障碍，纤维肌痛，以及瘫痪、慢性背痛、感觉障碍、炎症、便秘和脊柱内囊肿的形成等。如果能直接抑制肌球蛋白，则可以最大程度上改善肌肉松弛；然而，靶向骨骼肌球蛋白特别具有非常大的挑战，因为它与心肌细胞亚型极为相似。肌球蛋白存在多种亚型，典型的II型肌球蛋白分子包含两条重链和四条轻链，形成一个高度不对称的结构。 肌球蛋白重链包括慢速MHCI以及快速MHCIIA和MHCIIB亚型、肌球蛋白轻链包括核心MLC或MLC1和调节MLC或MLC2亚型。理想的抑制剂应该仅作用于快速骨骼肌亚型（MyHCIIa,b,x/d），因为MYH7基因表达的慢速骨骼肌亚型（myosinheavychain，MyHCI）与心脏心室中最丰富的β-心肌肌球蛋白完全一致。 近日，匈牙利的MTA-ELTE运动药理研究团队MátéGyimesi在Cell上发表题为SingleResidueVariationinSkeletalMuscleMyosinEnablesDirectandSelectiveDrugTargetingforSpasticityandMuscleStiffness的文章。该研究确定了骨骼肌和心脏肌球蛋白亚型之间的位于功能区的通讯中心关键残基差异，并基于结构学设计了一种选择性抑制剂-MPH-，该小分子肌松药能特异性抑制骨骼肌球蛋白而非心肌球蛋白2亚型，并表明MPH-可改善脑损伤后痉挛性动物模型的步态障碍，而未产生心脏和神经系统副作用。 研究人员首先基于MyHCIIa肌球蛋白结构的药理模型中，开发并优化了一种具有特殊结合位点的小分子抑制剂—MPH-（图1D）。动物实验表明，PMH-能够选择性抑制快速骨骼肌球蛋白2亚型，同时即便在高浓度下也不会对心肌球蛋白、平滑肌以及其它非肌肉组织肌球蛋白2亚型也不会抑制ATP酶活性（图1E,F）。进一步的药物结合位点序列分析显示，在快速骨骼肌肌球蛋白重链中与药物相互作用的氨基酸是亮氨酸（MyHCIIa，Leu），而在其它肌球蛋白中该位点为苯基丙氨酸。 因此，研究人员推断肌球蛋白之间结构差异可能是MPH-对骨骼肌肌球蛋白极端选择性的原因，并通过对人类非肌肉肌球蛋白-2C(NM2C)的突变分析来评估Phe/Leu交换的作用，实验结果证实了单个氨基酸的变化对前期所观察到的选择性（图1F）的作用。为评估MPH-作为潜在药物的安全性，研究人员对ATP酶抑制试验以及从患者活检中分离的骨骼和心肌肌球蛋白样品测试（图1G，H），实验结果为将来MPH-能够安全系统地用于人类患者提供了实验基础。 图1MPH-选择性抑制骨骼肌肌球蛋白 为进一步研究择性抑制快速骨骼肌球蛋白2亚型的分子机制，研究人员通过共结晶进一步确认了机体结构上MPH-的结合位点靠近Leu位点，且残基位点具有特殊的位置表型，即这个残基位于L50亚域的所谓高压螺旋的氮末端，其前面是开关-2环，后面是马达蛋白中继区。而对比之下，在心脏肌球蛋白Phe结构中的位置则会导致MPH-空间位阻。这种基于晶体结构的空间位阻和生物化学结果有力地支持了快速骨骼肌肌球蛋白中HP-helix独特的Leu是MPH-的具有高度选择性的机制所在。 在此基础上，研究人员进一步研究了通过口服和腹腔静脉注射MPH-对活体动物肌力生成的影响，研究发现MPH-S(-)可使后腿力降低70%，且呈浓度依赖性（图3B,C），而剩余的30%则可与其不可抑制大鼠后腿肌肉中的慢骨骼肌亚型对应。因此，MPH-不仅不会因为由于超剂量导致与中枢神经系统药物一样的导致患者制动，同时该药物还表现出吸收性好、高渗透性等优点。研究人员进一步评估了MPH-对心脏功能、心率和血流参数的影响（图3G、H、I），以及在大鼠各组织中的分布，研究结果进一步证实了MPH-的安全性和特异选择性。 图3MPH-减少骨骼肌力量而不影响心血管效应 为验证开发MPH-新一代、非神经系统依赖性、抗痉挛药物的可能性，研究人员应用最近开发的痉挛性脑性瘫痪动物模型，通过以大鼠运动功能为重点的无创方法结合基于神经网络的深度学习运动分析来分析步态障碍，分析PH-改善脑损伤大鼠痉挛相关步态障碍的效果。研究结果与患有中风或脑外伤的人类患者相似，每只大鼠下肢有不同程度的麻痹。因此，研究人员分别分析了MPH-治疗对每只动物的影响，并重点研究了治疗引起的痉挛相关步态成分的变化。研究发现，尽管大鼠A、B和C表现出不同的麻痹性痉挛以及运动功能障碍，但在MPH-治疗之后均能发生显著改善。例如，大鼠A在MPH-治疗40分钟后，左转弯比例从15％增加到38％，治疗3小时后进一步提高到51％（图4C）。大鼠B和C后腿麻痹性痉挛（尽管程度小于A）以及在开放视野测试中大鼠C的右后腿的随机下落和自发性痉挛，MPH-治疗后，两种症状的相对发生率急剧下降（图4D）。 此外，MPH-治疗之前，大鼠B和C无法在圆柱体测定中站起来，治疗后两只老鼠都可以站立在圆柱体内，用两只前爪触碰墙壁，其活动次数与健康同窝仔相同，从而证实了MPH-治疗的特定抗痉挛作用。研究人员进一步在开放视野测试中，还用深度学习分析评估所有动物在自由活动15分钟期间的地面运动，研究痉挛大鼠的主成分分析揭示MPH-治疗后改善步态成分的细节结果表明MPH-改善了处理动物的步态模式与健康大鼠的步态模式。这些结果进一步证实了MPH-能够治疗脑损伤后运动异常的痉挛。 图4MPH-有效改善脑损伤后痉挛大鼠的步态功能 总之，本研究利用多项分析技术并结合多种动物学实验揭示MPH-特异性抑制快速骨骼肌球蛋白2亚型的相关分子机制，并先后对人体酶(包括ATP酶、G蛋白偶联受体和核激素受体)的非靶点效应来测试其药理特性，以及其致突变性和细胞毒性等实验分析，表明MPH-是一种安全性高，有前途的抗痉挛药物，可以提高肌痉挛和肌僵硬等患者生活质量，延长预期寿命。
