在哺乳動物中，共有10個Cav通道，分為三個亞型：Cav1（Cav1.1-Cav1.4），Cav2（Cav2.1-Cav2.3）和Cav3（Cav3.1-Cav3.3）。Cav1通道，也稱為L-型Cav或結合二氫吡啶（dihydropyridine）受體的DHPRs，包含多個亞基，包括成孔α1核心亞基，輔助亞基α2δ，β和γ。Cav通道的α1亞基包含2,000個氨基酸殘基，折疊為4個同源重復序列I-V，每個重復包含六個跨膜區段S1-S6，形成經典的電壓控制離子通道（voltagegated ion channel，VGIC）。每個重復中的S1-S4形成外圍電壓感應域（voltage sensing domain，VSD）; 中心離子傳導孔區域主要由S5和S6與選擇性過濾器（SF）組成。

由于生理功能的重要性，Cav通道的異常調節或功能障礙與多種神經、心血管、肌肉和精神疾病相關。因此，Cav通道也是重要的藥物研究靶標。目前市場上有三種主要類型的L型Ca2+通道拮抗劑應用于臨床，分別是二氫吡啶（DHP），苯并噻氮（benzothiazepines，BTZ）和苯烷基胺（phenylalkylamines，PAA）。其中，DHP被廣泛用于治療高血壓、心絞痛、早產等。作為BTZ和PAA的原型藥物，diltiazem和verapamil廣泛用于血管舒張、心絞痛治療、高血壓，以及某些心律失常和心動過速等。DHP拮抗劑主要通過變構效應起作用。拮抗劑有利于失活狀態，而激動劑則導致L型Cav通道的長時間開放。但有趣的是，一些與DHP拮抗劑相似的化合物對L型Cav通道卻表現出激動劑的作用，如(S)-(–)-Bay K 8644（圖1）。

圖1. 具有代表性的DHP拮抗劑（A）和激動劑（B）的化學結構

此前，有課題組解析了與幾種DHP拮抗劑和verapamil結合、細菌來源的CavAb晶體結構。CavAb為同源四聚體結構，與真核單鏈Cav通道的親緣關系相距甚遠。盡管前人有很多對于此類激動劑和拮抗劑的機制做了研究，但是精確識別這些化合物的結構基礎仍有待闡明。因此，解析與配體結合的Cav通道結構對于揭示DHP拮抗劑和激動劑的不同作用模式的分子機制研究是必需的。

在本實驗室此前的基礎上，通過使用cryo-EM技術，顏寧組解析了rCav1.1與DHP拮抗劑nifedipine（N）和激動劑Bay K 8644（B）結合的復合物結構，總分辨率分別為2.9 Å和2.8 Å （圖2）；rCav1.1與另外兩種代表性BTZ和PAA原型藥物，diltiazem（D）和verapamil（V）結合的復合物結構，總分辨率分別為3.0 Å和2.7 Å （圖2）。

圖2. 結合不同小分子的兔源Cav1.1結構分析。A. 分別結合nifedipine (N), Bay K 8644 (B), diltiazem (D), and verapamil (V)的Cav1.1 Cryo-EM Fourier shell correlation (FSC)曲線。 B. rCav1.1-N. Cryo-EM密度圖。 C. 2.9 Å的rCav1.1-N Cryo-EM結構。

作者發現，結合了配體后，rCav1.1的結構會發生一定的構象改變。而對于以上的四種配體，結構上都有精確的識別機制。這些高分辨率結構的解析確信了BTZ和PAA藥物是rCav1.1的核孔阻遏物，解釋了兩者的抑制效應。由于DHP小分子類似物既有拮抗劑效應，又有激動劑的效應，因此還需要更多結合這些小分子的不同狀態的結構，才能完整的闡述相關的分子機制。總的來說，這些結構進一步在原子水平闡述了rCav1.1的分子基礎，為臨床研究、新藥開發等提供了重要的參考價值。

這是顏寧課題組近幾年來在離子通道蛋白研究中的又一重要突破。除了鈣離子通道外，顏寧課題組還在鈉離子通道、鈉離子通道與配體等研究中取得過杰出的研究成果。