在哺乳动物中，共有10个Cav通道，分为三个亚型：Cav1（Cav1.1-Cav1.4），Cav2（Cav2.1-Cav2.3）和Cav3（Cav3.1-Cav3.3）。Cav1通道，也称为L-型Cav或结合二氢吡啶（dihydropyridine）受体的DHPRs，包含多个亚基，包括成孔α1核心亚基，辅助亚基α2δ，β和γ。Cav通道的α1亚基包含2,000个氨基酸残基，折叠为4个同源重复序列I-V，每个重复包含六个跨膜区段S1-S6，形成经典的电压控制离子通道（voltagegated ion channel，VGIC）。每个重复中的S1-S4形成外围电压感应域（voltage sensing domain，VSD）; 中心离子传导孔区域主要由S5和S6与选择性过滤器（SF）组成。

由于生理功能的重要性，Cav通道的异常调节或功能障碍与多种神经、心血管、肌肉和精神疾病相关。因此，Cav通道也是重要的药物研究靶标。目前市场上有三种主要类型的L型Ca2+通道拮抗剂应用于临床，分别是二氢吡啶（DHP），苯并噻氮（benzothiazepines，BTZ）和苯烷基胺（phenylalkylamines，PAA）。其中，DHP被广泛用于治疗高血压、心绞痛、早产等。作为BTZ和PAA的原型药物，diltiazem和verapamil广泛用于血管舒张、心绞痛治疗、高血压，以及某些心律失常和心动过速等。DHP拮抗剂主要通过变构效应起作用。拮抗剂有利于失活状态，而激动剂则导致L型Cav通道的长时间开放。但有趣的是，一些与DHP拮抗剂相似的化合物对L型Cav通道却表现出激动剂的作用，如(S)-(–)-Bay K 8644（图1）。

图1. 具有代表性的DHP拮抗剂（A）和激动剂（B）的化学结构

此前，有课题组解析了与几种DHP拮抗剂和verapamil结合、细菌来源的CavAb晶体结构。CavAb为同源四聚体结构，与真核单链Cav通道的亲缘关系相距甚远。尽管前人有很多对于此类激动剂和拮抗剂的机制做了研究，但是精确识别这些化合物的结构基础仍有待阐明。因此，解析与配体结合的Cav通道结构对于揭示DHP拮抗剂和激动剂的不同作用模式的分子机制研究是必需的。

在本实验室此前的基础上，通过使用cryo-EM技术，颜宁组解析了rCav1.1与DHP拮抗剂nifedipine（N）和激动剂Bay K 8644（B）结合的复合物结构，总分辨率分别为2.9 Å和2.8 Å （图2）；rCav1.1与另外两种代表性BTZ和PAA原型药物，diltiazem（D）和verapamil（V）结合的复合物结构，总分辨率分别为3.0 Å和2.7 Å （图2）。

图2. 结合不同小分子的兔源Cav1.1结构分析。A. 分别结合nifedipine (N), Bay K 8644 (B), diltiazem (D), and verapamil (V)的Cav1.1 Cryo-EM Fourier shell correlation (FSC)曲线。 B. rCav1.1-N. Cryo-EM密度图。 C. 2.9 Å的rCav1.1-N Cryo-EM结构。

作者发现，结合了配体后，rCav1.1的结构会发生一定的构象改变。而对于以上的四种配体，结构上都有精确的识别机制。这些高分辨率结构的解析确信了BTZ和PAA药物是rCav1.1的核孔阻遏物，解释了两者的抑制效应。由于DHP小分子类似物既有拮抗剂效应，又有激动剂的效应，因此还需要更多结合这些小分子的不同状态的结构，才能完整的阐述相关的分子机制。总的来说，这些结构进一步在原子水平阐述了rCav1.1的分子基础，为临床研究、新药开发等提供了重要的参考价值。

这是颜宁课题组近几年来在离子通道蛋白研究中的又一重要突破。除了钙离子通道外，颜宁课题组还在钠离子通道、钠离子通道与配体等研究中取得过杰出的研究成果。