一种TMEM16A钙激活氯离子通道抑制剂的筛选方法

摘要

本发明涉及一种TMEM16A钙激活氯离子通道抑制剂的筛选方法,采用本发明所述的筛选方法能够筛选出TMEM16A钙激活氯离子通道抑制剂，可开发为治疗高血压、CF病、哮喘、胃肠动力学障碍疾病和某些类型的肿瘤等疾病的药物。

说明书

技术领域

本发明涉及分子生物学领域，特别涉及一种TMEM16A钙激活氯离子通道抑 制剂的筛选方法。

背景技术

钙激活氯离子通道（Calcium-activated Chloride Channels,CaCCs）由 于被细胞内部钙离子所激活而得名，最早发现于非洲爪蟾卵母细胞中，随后相 继有报道表明上皮细胞、血管内皮细胞、神经元、平滑肌与心肌细胞中都存在。 钙离子介导的信号转导途径是真核生物信号转导的重要组成部分，因此CaCCs 执行多种功能，包括卵细胞的受精、跨上皮离子/液体转运、心肌细胞复极化和 动作电位发生、嗅觉传导及平滑肌伸缩的调节等。

由于技术的原因，CaCCs的分子基础问题一直未能解决，导致相关药理学研 究进程极为缓慢。直到2008年底，有三个研究小组独立报道CaCCs的分子基础 是跨膜蛋白16A（transmembrane16A,简称TMEM16A）（Schroeder BC等，Cell, 2008,134:1019-1029;Caputo A等，Science,2008,322:590-594;Yang YD 等，Nature,2008,455:1210-1215）。这一发现为在特定细胞和组织中研究 CaCCs的生理学和药理学等方面的问题提供了新的研究平台。

最近发现TMEM16A通道与多种重大疾病密切相关。文献报道，TMEM16A离子 通道可能是肺囊性纤维化（CF）疾病的药物靶点，激活TMEM16A通道可起到补 偿上皮组织上氯离子通道囊性纤维化跨膜传导调节蛋白（cystic fibrosis  transmembrane conductance regulator，简称CFTR）基因突变所致的离子/液 体转运不平衡（Rock JR等，J.Biol.Chem.,2009,284:14875-14880）。另外， 2012年，Wang等（Wang M等，Circulation，2012,125:697-707）证明TMEM16A 是脑血管平滑肌细胞CaCCs的分子基础，并且发现TMEM16A离子通道的活性与 血压呈负相关。另一方面，CaCCs的抑制剂被报道可用于治疗哮喘、胃肠动力学 障碍疾病和某些类型的肿瘤等。由此可见，筛选TMEM16A离子通道特异性调节 剂可为CaCCs相关疾病的治疗提供新的药物靶点。

美国生命科学技术公司Invitrogen^TM的试剂盒Premo^TM卤化物传感器运用黄 色荧光蛋白（Yellow Fluorescence Protein,YFP）的三突变体蛋白质 YFP-F46L/H148Q/I152L的荧光作为指标，筛选CaCCs/TMEM16A离子通道的调节 剂。运用此方法，2010年，Namkung等（Namkung W等，The FASEB  J.,2010,24:4178-4186）应用Premo^TM卤化物传感器试剂盒筛选得到单宁酸 （tannic acid）及相关的没食子单宁（gallotannin）为TMEM16A/CaCCs的抑 制剂。

遗憾的是，目前缺乏简便易行的TMEM16A钙激活氯离子通道抑制剂的筛选 方法，导致以TMEM16A/CaCCs为药物靶点的高血压、CF病、哮喘、胃肠动力学 障碍和某些类型的肿瘤等疾病中的应用研究发展缓慢。

发明内容

本发明的目的是提供一种TMEM16A钙激活氯离子通道抑制剂的筛选方法， 通过该筛选方法筛选出的TMEM16A钙激活氯离子通道抑制剂为研究 TMEM16A/CaCCs在高血压、CF病、哮喘、胃肠动力学障碍疾病和某些类型的肿 瘤等疾病中的应用提供基础。

本发明提供了一种TMEM16A钙激活氯离子通道抑制剂的筛选方法,使用 TMEM16A钙激活氯离子通道激活剂壳寡糖作为筛选抑制剂的阳性对照物，包括如 下步骤：

（a）将TMEM16A质粒稳定转染入哺乳动物细胞HEK293细胞；

（b）将黄色荧光蛋白YFP三突变体YFP-F46L/H148Q/I152L导入步骤（a） 中的稳定转染TMEM16A钙激活氯离子通道的HEK293细胞；

（c）将候选药物与步骤（b）所述导入后的细胞孵育，再加入含有碘离子的 溶液观察，发现荧光强度无变化，此时再加入壳寡糖荧光强度仍无变化，则确 定候选药物可能为TMEM16A通道的抑制剂，并采用步骤（d）进行进一步验证；

（d）用电生理学方法测定候选药物对步骤（a）中电流的影响，其中若加入 候选药物后电流比对照减小，则确定候选药物为TMEM16A钙激活氯离子通道的 抑制剂，若电流比对照没有减小，则确定该候选药物不是TMEM16A钙激活氯离 子通道的抑制剂。

进一步优选，所述的步骤（b）中，YFP三突变体YFP-F46L/H148Q/I152L由 杆状病毒载体导入细胞。

进一步优选，步骤（d）中所述的荧光强度由激光显微镜检测，其中激发光 波长为470-540nm，检测波长为540-590nm。

进一步优选，所述候选药物为单宁酸或其他抑制剂分子。

采用本发明所述的筛选方法能够筛选出TMEM16A钙激活氯离子通道抑制剂， 可开发为治疗高血压、CF病、哮喘、胃肠动力学障碍疾病和某些类型的肿瘤等 疾病的药物。

附图说明

图1：根据本发明所述TMEM16A钙激活氯离子通道抑制剂单宁酸对黄色荧光 蛋白的荧光强度无明显增强作用的趋势图。

图2：根据本发明所述TMEM16A钙激活氯离子通道抑制剂单宁酸对于 TMEM16A电流有抑制作用的趋势图。

具体实施方式

本发明提供了一种TMEM16A钙激活氯离子通道抑制剂的筛选方法,使用 TMEM16A钙激活氯离子通道激活剂壳寡糖作为筛选抑制剂的阳性对照物，包括如 下步骤：

（a）将TMEM16A质粒稳定转染入哺乳动物细胞HEK293细胞；

（b）将黄色荧光蛋白YFP三突变体YFP-F46L/H148Q/I152L导入步骤（a） 中的稳定转染TMEM16A钙激活氯离子通道的HEK293细胞；

（c）将候选药物与步骤（b）所述导入后的细胞孵育，再加入含有碘离子的 溶液观察，发现荧光强度无变化，此时再加入壳寡糖荧光强度仍无变化，则确 定候选药物可能为TMEM16A通道的抑制剂，并采用步骤（d）进行进一步验证；

（d）用电生理学方法测定候选药物对步骤（a）中电流的影响，其中若加入 候选药物后电流比对照减小，则确定候选药物为TMEM16A钙激活氯离子通道的 抑制剂，若电流比对照没有减小，则确定该候选药物不是TMEM16A钙激活氯离 子通道的抑制剂。

可用于本发明筛选方法的细胞没有特别限制，代表性的例子包括：哺乳动 物细胞，如HEK293细胞，CHO细胞或脊椎动物非洲爪蟾（Xenopus laevis）卵 母细胞。

可用于本发明筛选方法的电生理学测定方法没有特别限制。代表性的例子 包括：膜片钳法（用于哺乳动物细胞）、或双电极电压钳法（用于非洲爪蟾卵母 细胞）。

可用于本发明筛选方法的荧光强度检测技术没有特别限制。代表性的例子 包括：激光共聚焦显微镜（用于荧光实时成像）、或多功能酶标仪（用于荧光强 度实时记录）等。

黄色荧光蛋白（YFP）是一种来源于绿色荧光蛋白（GFP）的荧光蛋白，可 在波长515nm下被激发发出黄色荧光。碘离子可以与YFP结合使荧光淬灭，而 突变其两个位点H148Q和I152L可以使YFP对碘离子的敏感性增强。CaCCs通 道不仅是一种氯通道，其对包括碘离子在内的大部分阴离子都有通透作用。本 药物筛选试验用病毒感染的方法将外源的YFP基因导入HEK293细胞中，使YFP 在胞内大量表达；再将备选药物与细胞孵育使其与通道充分作用；最后观察加 入含有碘离子的溶液以后YFP荧光的淬灭程度。用此方法可以使YFP无明显淬 灭的药物可以被认为是CaCCs通道的抑制剂。

壳寡糖(chitosan oligosaccharide,COS)是由几丁质失水形成的线性均一 多糖。COS是天然存在的碱性氨基寡糖,具有水溶性好、安全无毒、易被动物体 吸收等优点,因此其生物学活性备受关注,包括抗菌（Choi BK等,International  Journal of Antimicrobial Agents,2001:18：553–557），抗病毒（Bacon A等, Infection and Immunity,2000,68：5764–5770），抗肿瘤（Xiong C等， Carbohydrate Research，2009,344：1975–1983），降低血液中胆固醇（Se-Kwon  K,Carbohydr.Polym.，2005，62：357–368）、免疫调节（Okamoto Y等,Macromol. Biosci.2003，3:587-590），并且对哮喘（Chung MJ等，Int.Immunopharmacol.， 2012，12：:43-459）、糖尿病（Lee HW等,Biol.Pharm.Bull.,2003， 26:1100-1103）等治疗作用，但其作用位点与药理学特性尚不不清楚。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说 明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方 法，通常按照常规条件，例如Sambrook等，分子克隆：实验室手册（New York:Cold  Spring Harbor Laboratory Press，1989）中所述的条件，或按照制造厂商所 建议的条件。

实施例1：

一、先通过荧光实验方法进行抑制剂的粗筛，具体步骤如下：

第一天将表达质粒pEGFP-N1-TMEM16A转染入哺乳动物细胞HEK293中，在 共聚焦专用皿中培养稳定转染YFP的HEK293细胞；第二天将转染YFP并培养过 夜的HEK293细胞用D-PBS冲洗3次，最后留下800μl D-PBS；加入单宁酸孵 育10min，记录荧光强度为基线荧光强度；用激光共聚焦显微镜实时记录荧光强 度，如图1所示，此时加入含有150mM I-的溶液800μl，使I浓度达到75mM， YFP荧光强度无明显变化，再加入壳寡糖，这一过程中的荧光强度一直无明显变 化（图1a，1b），结果表明单宁酸可能是TMEM16A钙激活氯通道的抑制剂。

二、使用电生理学测定方法进行抑制剂的确定，具体步骤如下：

将表达质粒pEGFP-N1-TMEM16A转入哺乳动物细胞HEK293中。在细胞转染后 24-72h之内，进行电生理学检测（利用膜片钳技术）。具体方法如下：HEK293 细胞用含有10%胎牛血清的DMEM（高糖）培养液传代培养（加入100UI/ml的 青霉素和100μg/ml链霉素）。稳定转染过程用Lipofectamine2000（Invitrogen 公司）脂质体进行。细胞于37℃,5%CO2饱和湿度培养箱中培养至对数生长期 用于实验。电生理检测在室温下进行（约22℃），采用内面向外（Inside-Out） 记录模式（EPC-10Amplifier，HEKA公司，德国），内液和基础外液的成分为（单 位：mM）：NaCl140,MgCl₂·6H₂O,HEPES10,EGTA5,用NaOH调至pH7.4。 加入药物的外液中单宁酸的浓度设为1,10,50,100，500μg/ml,用500nM游离钙 离子测试TMEM16A通道表达与否，用10mM EGTA无钙溶液做阴性对照，并与1 μM游离钙条件下的电流作比较，如图2所示，加入单宁酸后电流比对照减小， 则确定单宁酸为TMEM16A钙激活氯离子通道的抑制剂。