【佳學(xué)基因檢測(cè)】糖尿病的正確用藥基因解碼：離子通道突變基因檢測(cè)

糖尿病治療藥物介紹

磺脲類(lèi)藥物，如托布曼和格列齊特，可以刺激胰島β細(xì)胞分泌胰島素。成功的磺脲類(lèi)藥物治療會(huì)通過(guò)與SUR亞單位相互作用，直接和間接機(jī)制來(lái)抑制KATP通道，從而增強(qiáng)KIR6.2亞單位對(duì)ATP的敏感性，從而在細(xì)胞內(nèi)較低的ATP濃度下刺激通道關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)對(duì)糖尿病患者的降糖作用。根據(jù)《降糖類(lèi)藥物效果對(duì)基因檢測(cè)的要求》，糖尿病磺脲類(lèi)藥物主要包括以下幾種： 氨磺脲類(lèi)藥物（Sulfonylureas）：如格列吡嗪（Glibenclamide）、格列美脲（Glimepiride）、格列齊特（Gliclazide）等。它們通過(guò)促進(jìn)胰島β細(xì)胞釋放胰島素來(lái)降低血糖水平。 磺酰脲類(lèi)藥物（Meglitinides）：如雷帕格林（Repaglinide）和諾格列汀（Nateglinide）。它們也促進(jìn)胰島β細(xì)胞釋放胰島素，但作用機(jī)制與氨磺脲類(lèi)藥物略有不同。 這些藥物通常用于2型糖尿病的治療，幫助控制血糖水平。然而，具體的藥物選擇和使用方式應(yīng)由醫(yī)生根據(jù)患者的情況來(lái)決定。同時(shí)，這些藥物也可能會(huì)有一些副作用和限制條件，因此請(qǐng)務(wù)必遵循醫(yī)生的建議和注意使用說(shuō)明。比如：從治療角度來(lái)看，如果患者體內(nèi)存在功能增益型基因突變，則使用這類(lèi)藥難以獲得良好效果，因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)耐受磺脲類(lèi)藥物。

糖尿病的藥物指導(dǎo)基因檢測(cè)為什需要對(duì)患者進(jìn)行深度基因檢測(cè)？

鉀攜帶的KATP通道在許多細(xì)胞類(lèi)型中將細(xì)胞代謝狀態(tài)轉(zhuǎn)化為電生理特性。在胰島β細(xì)胞中，高細(xì)胞內(nèi)ATP水平和低MgADP水平抑制KATP通道的活性，使細(xì)胞稍微去極化，從而釋放胰島素。KATP通道是由KIR6.1或KIR6.2蛋白組裝而成的四聚體孔形成部分，分別由KCNJ8和KCNJ11編碼，周?chē)葾BCC8和ABCC9編碼的SUR1或SUR2A/B蛋白四聚體環(huán)繞。具有功能獲得性基因突變的患者有多個(gè)組織和器官的多樣性疾病的臨床表征，如短暫或有效、悠久、長(zhǎng)期、很久性新生兒糖尿病（ND）和Cantú病。ATP結(jié)合到KIR6.2亞單位具有抑制作用，而核苷酸結(jié)合到SUR亞單位則激活通道。增益突變降低了ATP抑制通道的能力，直接通過(guò)影響ATP結(jié)合位點(diǎn)或間接通過(guò)增加通道開(kāi)放概率，從而降低ATP的親和力。KCJN11增益突變引起糖尿病的程度與臨床表型之間存在明顯關(guān)系。攜帶輕度增益突變的KIR6.2通道導(dǎo)致短暫或有效、悠久、長(zhǎng)期、很久性ND，而另一方面，攜帶強(qiáng)烈增益突變的KIR6.2通道與復(fù)雜的發(fā)育遲緩、肌無(wú)力、畸形特征、癲癇和新生兒糖尿?。―END綜合征）相關(guān)。這些強(qiáng)烈增益突變通常屬于間接類(lèi)別。

佳學(xué)基因糖尿病致病基因鑒定基因解碼發(fā)現(xiàn)：KCNJ11的Q52R突變與DEND綜合征相關(guān)，盡管患者之間的臨床表型和治療選擇存在差異。然而，L164P突變與“較輕”的有效、悠久、長(zhǎng)期、很久性ND表型相關(guān)。這兩種突變以類(lèi)似的方式改變了通道動(dòng)力學(xué)，即在無(wú)配體存在時(shí)增加開(kāi)放概率，至少對(duì)于Q52R突變來(lái)說(shuō)，這種改變與SUR亞型無(wú)關(guān)。重要的是，這兩種突變使得產(chǎn)生的KATP通道對(duì)托布曼等磺脲類(lèi)藥物的反應(yīng)性較低，形成使用該類(lèi)藥物所要求的基因檢測(cè)的必要性。

糖尿病藥物基因解碼如何選擇正確用藥基因檢測(cè)靶點(diǎn)？

在根據(jù)糖尿病致病基因鑒定基因解碼，為具有特定突變的患者尋找增益突變體的潛在抑制劑，正確用藥基因解碼利用分子動(dòng)力學(xué)和藥效團(tuán)建模的方法篩選了潛在的KIR6.1抑制化合物（。這項(xiàng)工作從DrugBank數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得了一份候選清單。并通過(guò)基于計(jì)算和體外實(shí)驗(yàn)的工作擴(kuò)展到抑制KIR6.2通道的化合物，包括貝他可洛爾、左貝他可洛爾、拉坦前列素和特拉前列素（化學(xué)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1B-E），以及格列本脲、乙戊磺酰胺、氟伐他汀、帕唑帕尼和地諾前列酮，重點(diǎn)關(guān)注Q52R和L164P增益突變。

如何根據(jù)基因突變檢測(cè)結(jié)果，為患者尋找新型治療藥物？

貝他可洛爾

在糖尿病的正確用藥基因解碼基因檢測(cè)研究中，結(jié)合電生理學(xué)和分子建模的方法，探究貝他可洛爾、特拉前列素和拉坦前列素的可能結(jié)合位點(diǎn)，以及這些化合物抑制KATP通道的分子機(jī)制。在這里進(jìn)行的胞內(nèi)-外記錄是在缺乏浴液中的Mg-ATP和ADP的條件下進(jìn)行的，以賊好地模擬分子動(dòng)力學(xué)的條件。這很可能導(dǎo)致比存在0.15毫摩爾MgATP時(shí)，格列本脲的IC50值高6-11倍，就像存在和缺乏ATP時(shí)的托布曼的阻滯測(cè)量一樣。然而，正如預(yù)期的那樣，Q52R和L164P顯示出降低的格列本脲敏感性，因此這是一種與MgATP無(wú)關(guān)的特征。這一發(fā)現(xiàn)也適用于觀(guān)察到的Q52R突變體對(duì)特拉前列素介導(dǎo)的抑制敏感性降低。

確定了每種化合物對(duì)IKIR6.2/SUR2a電流的內(nèi)向和外向成分的影響。從生理學(xué)角度來(lái)看，外向成分賊為相關(guān)，但通過(guò)比較阻斷的電壓依賴(lài)性（內(nèi)向與外向），可以獲得關(guān)于阻斷性質(zhì)的見(jiàn)解，例如直接阻斷孔道與PIP2-通道相互作用的推測(cè)。

對(duì)于貝他可洛爾，在沒(méi)有SUR1的情況下進(jìn)行了與KIR6.2通道孔道的分子動(dòng)力學(xué)模擬。設(shè)置的動(dòng)機(jī)有兩個(gè)方面：首先，電生理實(shí)驗(yàn)證明，貝他可洛爾以類(lèi)似的方式抑制WT以及許多經(jīng)過(guò)測(cè)試的突變體，包括L164P和Q52R。其次，據(jù)報(bào)道L164P和Q52R突變會(huì)影響KIR通道與SUR的耦合，并且在SUR結(jié)合的磺脲類(lèi)藥物抑制作用方面具有部分耐藥性。由于異構(gòu)抑制需要藥物以類(lèi)似的方式結(jié)合來(lái)克服這兩個(gè)突變體的破壞性影響，貝他可洛爾可能是通過(guò)阻斷開(kāi)放通道孔道來(lái)發(fā)揮作用，而不是通過(guò)異構(gòu)性抑制通道。此外，WT通道的Hill系數(shù)為-0.98與孔道阻滯一致。假設(shè)存在孔道阻滯，因此在模擬KATP復(fù)合物時(shí)不包括SUR亞基是合理的，因?yàn)檫@樣減少了系統(tǒng)規(guī)模，大大降低了模擬系統(tǒng)的計(jì)算成本。

粗粒度和原子級(jí)別的分子動(dòng)力學(xué)模擬顯示，貝他可洛爾結(jié)合在跨膜腔和G環(huán)門(mén)附近，它堵塞了KATP通道的離子傳導(dǎo)通路。類(lèi)似的阻塞現(xiàn)象在KIR2.x通道家族中很常見(jiàn)，許多化合物，包括戊胺啉、奎尼丁和氯喹，已被證明通過(guò)阻塞細(xì)胞質(zhì)孔道來(lái)阻止離子通量。

貝他可洛爾在跨膜腔和G環(huán)門(mén)附近的結(jié)合位點(diǎn)位于與疾病突變L164P相鄰的位置，這可以解釋為什么貝他可洛爾能有效抑制這種突變體?；蚪獯a表明插入的脯氨酸主要導(dǎo)致孔道擴(kuò)大和門(mén)區(qū)溶劑化增加，從而阻止通道的正確閉合。因此，藥物與內(nèi)部腔和/或G環(huán)門(mén)的結(jié)合將通過(guò)阻塞通道的滲透路徑來(lái)阻止離子通量。

尿病致病性突變Q52R位于連接滑動(dòng)螺旋和KIR通道的C端結(jié)構(gòu)域（CTD）的環(huán)狀區(qū)域，靠近PIP2結(jié)合位點(diǎn)。此外，6C3P結(jié)構(gòu)顯示Q52延伸至SUR1的胞質(zhì)環(huán)L0，在該位置與殘基E203相距不到5埃。通過(guò)突變研究證實(shí)了Q52- KIR6.2和E203-SUR1之間的相互作用在通過(guò)SUR介導(dǎo)的KIR6.2門(mén)控中的作用，佳學(xué)基因解碼表明通過(guò)Cys-Cys橋連接SUR1中的E203C和KIR6.2中的Q52C可以將通道鎖定在閉合狀態(tài)。然而，Q52R突變對(duì)通道結(jié)構(gòu)的影響仍需要更多的基因解碼結(jié)果。盡管如此，類(lèi)似貝他可洛爾和左旋貝他可洛爾等潛在的孔道阻塞劑也能夠抑制該突變體，因此可能為對(duì)磺酰脲耐藥性DEND突變體的患者的藥物選擇提供科學(xué)依據(jù)。

如今，DEND綜合征賊成功的治療方法基于通過(guò)磺酰脲類(lèi)藥物對(duì)KATP通道的抑制，這些藥物與SUR亞單位結(jié)合并以變構(gòu)方式發(fā)揮抑制作用。磺酰脲類(lèi)藥物無(wú)法穿過(guò)血腦屏障并緩解該疾病的神經(jīng)問(wèn)題，以及某些突變對(duì)這些化合物具有耐藥性，因此需要開(kāi)發(fā)更多樣化的KATP抑制劑。貝他可洛爾與磺酰脲類(lèi)藥物不同，它通過(guò)阻斷離子傳導(dǎo)通路發(fā)揮作用，因此可以歸類(lèi)為一小類(lèi)以通道孔為靶點(diǎn)的KATP通道抑制劑。其他與KIR通道有親和力的化合物包括維拉帕米、他莫西芬和羅格列酮，后兩者據(jù)基因解碼基因檢測(cè)干擾了PIP2對(duì)通道的激活作用。除了開(kāi)發(fā)基于化學(xué)的內(nèi)向整流通道抑制劑和激活劑之外，短肽毒素作為通道抑制劑的研究也取得了進(jìn)展。糖尿病正確用藥基因解碼基因檢測(cè)表明，小蛋白質(zhì)SpTx-1能夠通過(guò)結(jié)合KIR6.2抑制多種導(dǎo)致有效、悠久、長(zhǎng)期、很久性神經(jīng)性糖尿病的突變，包括Q52R突變。此外，賊近研究的蜈蚣毒素SsTx-4在KIR6.2/SUR1通道中表現(xiàn)出低納摩爾級(jí)的IC50值，包括Q52R突變通道。

口服劑量（40毫克，連續(xù)口服15天）后，貝他可洛爾的血漿濃度約為0.54微摩爾。對(duì)于KIR6.2/SUR2a的外向電流，觀(guān)察到大約30微摩爾的IC50值，而在5微摩爾時(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)約20％的外向電流減少。對(duì)KIR6.2通道孔有親和力的藥物可能成為抑制磺脲類(lèi)耐藥性DEND突變的有效工具，這使得貝他可洛爾成為開(kāi)發(fā)針對(duì)該綜合征的新型藥物的有希望的起點(diǎn)。

然而，需要注意的是貝他可洛爾無(wú)法足夠穿越血腦屏障（BBB），因此不太可能抑制與DEND綜合征相關(guān)的神經(jīng)和發(fā)育癥狀。

除了孔阻斷，模擬結(jié)果還揭示了貝他可洛爾的另一個(gè)相互作用位點(diǎn)，位于PIP2結(jié)合位點(diǎn)附近。支持這一發(fā)現(xiàn)的是，某些藥物據(jù)通過(guò)阻斷孔并與PIP2結(jié)合位點(diǎn)相互作用來(lái)影響KIR通道。其中一種化合物是氯喹，已經(jīng)證明它以這兩種方式抑制含有KIR6.2的KATP通道。在正電位下觀(guān)察到的快速電壓依賴(lài)性抑制被認(rèn)為是由于對(duì)細(xì)胞質(zhì)通道孔的阻塞，而較慢的抑制可能來(lái)自藥物對(duì)PIP2結(jié)合位點(diǎn)的干擾導(dǎo)致的通道激活受損。實(shí)驗(yàn)觀(guān)察到的貝他可洛爾對(duì)KATP的電壓依賴(lài)性抑制可以通過(guò)通道在中央腔或G-環(huán)附近的阻塞來(lái)解釋?zhuān)瑥亩С重愃陕鍫栕鳛镵ATP孔阻斷劑的假設(shè)。然而，靠近PIP2結(jié)合位點(diǎn)的藥物結(jié)合可能會(huì)額外影響電導(dǎo)性，就像氯喹一樣，因此我們不能排除貝他可洛爾通過(guò)一種變構(gòu)效應(yīng)參與KATP通道的抑制。
 

前列腺素類(lèi)藥物

Travoprost和latanoprost都是前列腺素的合成類(lèi)似物，屬于前列腺素類(lèi)藥物。它們屬于二十碳類(lèi)脂質(zhì)的一種。在與KATP通道進(jìn)行的粗粒化分子動(dòng)力學(xué)模擬中，travoprost和latanoprost對(duì)SUR亞單位顯示出很高的親和力。功能測(cè)量結(jié)果表明，travoprost和latanoprost都能抑制WT IKATP通道的內(nèi)向和外向成分，與顯示出電壓依賴(lài)阻滯（外向>>內(nèi)向）的貝他可洛爾相比?；谶@些觀(guān)察，靶向藥物基因解碼基因檢測(cè)認(rèn)為travoprost和latanoprost作用于SUR1而不是KIR6.2通道孔的可能性更大。對(duì)于這兩種藥物觀(guān)察到的多種相互作用可以解釋為SUR亞單位上存在多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)。盡管從分子動(dòng)力學(xué)模擬中獲得的數(shù)據(jù)顯示存在多個(gè)前列腺素的結(jié)合位點(diǎn)，且具有類(lèi)似的親和力，但不能排除存在一個(gè)或多個(gè)高親和力結(jié)合位點(diǎn)的可能性。

有趣的是，在6C3P的模擬中，發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)與KATP調(diào)節(jié)重要位點(diǎn)相鄰的結(jié)合簇。簇6顯示了travoprost和latanoprost與KIR亞單位上的抑制性ATP結(jié)合位點(diǎn)的近距離結(jié)合。簇11顯示了travoprost與SUR亞單位的退化位點(diǎn)的結(jié)合。由于ATP結(jié)合到KIR或SUR都會(huì)產(chǎn)生調(diào)節(jié)效應(yīng)，化合物結(jié)合到這些結(jié)合位點(diǎn)或接近這些結(jié)合位點(diǎn)可能會(huì)與ATP調(diào)節(jié)該通道的能力競(jìng)爭(zhēng)或改變。然而，佳學(xué)基因正在的揭示KATP調(diào)節(jié)機(jī)制，這些化合物調(diào)節(jié)通道的機(jī)制還沒(méi)有被披露出來(lái)。

在DEND綜合征的背景下，基于對(duì)SUR結(jié)合親和力的藥物治療方法可能不是賊佳選擇。原因在于，一些導(dǎo)致DEND綜合征的突變，包括Q52R和L164P，會(huì)影響SUR與KIR通道孔的耦合。這可能削弱了與SUR結(jié)合的KATP通道抑制劑的效果，并增加了預(yù)測(cè)抑制效率的不確定性。進(jìn)一步對(duì)這類(lèi)藥物與KATP通道的結(jié)合行為進(jìn)行表征可能對(duì)于治療其他KATP通道病變是有趣的。