《ACS Chemical Neuroscience》：Discovery of Small-Molecule Inhibitors of the KCNQ1/Kv7.1 Potassium Channel with Virtual Screening and Functional Validation in Electrophysiological Assays and KCNQ1-Knockout Neural Stem Cells
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电压门控钾离子通道KCNQ1（Kv7.1）在心脏、肠道及脑组织的电兴奋性调节中发挥关键作用。其与辅助亚基KCNE1共同构成缓慢延迟整流电流（IKs），是心脏复极的重要基础。KCNQ1突变及功能失调与长QT综合征、房颤、癫痫、耳聋、糖尿病及神经精神疾病等多种通道
电压门控钾离子通道KCNQ1（Kv7.1）在心脏、肠道及脑组织的电兴奋性调节中发挥关键作用。其与辅助亚基KCNE1共同构成缓慢延迟整流电流（IKs），是心脏复极的重要基础。KCNQ1突变及功能失调与长QT综合征、房颤、癫痫、耳聋、糖尿病及神经精神疾病等多种通道病密切相关。尽管该通道是重要的治疗靶点，但目前缺乏高效、选择性好且安全性高的抑制剂或激活剂。研究人员针对KCNQ1开展了包含36,374个小分子的虚拟筛选，并结合计算模拟分析，最终选取8个候选配体在人KCNQ1与KCNE1共表达的非洲爪蟾卵母细胞中进行功能性评估。电生理记录显示，苯二氮?类化合物Zinc13732787能够显著抑制该通道复合物的电流，且对KCNQ2/KCNQ3无影响。结合分子对接及构效关系分析，苯二氮?核心上的1-(3-氯苯基)-脲基团是其选择性抑制KCNQ1/KCNE1的关键。此外，低浓度Zinc13732787可抑制人神经干细胞（NSCs）的突起生长，其表型与KCNQ1基因敲除细胞一致，且该化合物不影响NSC增殖或产生细胞毒性。在KCNQ1纯合敲除NSCs中，Zinc13732787对突起生长无作用，表明其靶标特异性高。该研究认为，Zinc13732787可作为研究KCNQ1在多种组织中生理与病理功能的重要工具，并有望成为新型抗心律失常药物及癫痫、神经精神疾病治疗的先导化合物。
本研究发表于《ACS Chemical Neuroscience》，聚焦于电压门控钾通道KCNQ1（Kv7.1）的选择性小分子抑制剂开发及其功能解析。KCNQ1与辅助亚基KCNE1形成的缓慢延迟整流电流（IKs）在心脏动作电位复极过程中至关重要，其突变或功能失调会导致长QT综合征、房颤、癫痫、耳聋、2型糖尿病及神经精神疾病等多种通道病。然而，现有靶向KCNQ1的药物选择性差且存在严重副作用，限制了临床应用。因此，研究人员旨在通过虚拟筛选结合功能验证，发现高选择性小分子抑制剂，为相关疾病机制研究与药物开发提供化学探针。
研究采用的主要关键技术方法包括：基于KCNQ1低温电镜结构（PDB ID 6V00、6V01、6UZZ）进行结合位点预测与分子对接；整合多个化学库（包括FDA已批准药物库、神经元信号库、ZINC20体内子集及KCNQ1靶向库）开展高通量虚拟筛选与结合自由能计算；利用非洲爪蟾卵母细胞双电极电压钳（TEVC）进行电生理功能验证；通过同源重组构建KCNQ1点突变体并检测药物敏感性变化；利用人诱导多能干细胞（iPSCs）来源的野生型与KCNQ1纯合敲除神经干细胞模型，评估化合物的细胞增殖、毒性及突起生长影响。
研究结果分为以下部分：
结合位点分析：预测KCNQ1孔区存在三个潜在配体结合口袋，其中Site 1位于孔道中央，由Thr312、Ile337、Phe340等关键残基组成，与已知抑制剂Chromanol 293B的结合模式一致。
分子对接与命中化合物筛选：从36,374个小分子中筛选出136个候选配体，经人工评估结合模式、ADMET性质后选定8个进行实验验证。
药代动力学特性预测：多数化合物可透过血脑屏障且不抑制hERG或CYP酶，仅个别为P-gp底物。
KCNQ1-配体相互作用：Zinc13732787与孔区Thr311、Thr312、Ile337、Phe340形成氢键与疏水作用，结合自由能最低。
化学合成：成功制备Zinc13732787的R-、S-对映体及外消旋体，并通过替换脲连接基为酰胺验证关键药效团。
电生理验证：Zinc13732787在20 μM浓度下将KCNQ1/KCNE1电流降低至对照的约48%，抑制作用强于Chromanol 293B且在洗脱后仍持续；对KCNQ2/KCNQ3无显著影响。
突变分析：Ile337与Ala341可能在疏水作用中参与结合，但整体突变对抑制效果影响有限，提示存在多位点协同作用。
神经干细胞功能实验：低浓度Zinc13732787显著降低野生型NSCs突起长度，而在KCNQ1敲除细胞中无效应，且不影响细胞增殖或存活。
讨论部分指出，Zinc13732787作为苯二氮?类KCNQ1选择性抑制剂，不仅在心脏复极调控研究中具有工具价值，还为探索KCNQ1在神经系统发育及疾病中的作用提供了化学探针。其良好的血脑屏障穿透能力与低毒性特征支持其作为先导化合物进一步开发。研究同时强调，KCNQ1在癫痫及心律失常中的双重角色使其成为心脑共病机制研究的潜在靶点。
结论部分确认，通过虚拟筛选与功能验证，研究人员发现Zinc13732787是KCNQ1/KCNE1的高效选择性抑制剂，其3-(3-氯苯基)脲基团为活性必需。该化合物在神经干细胞模型中重现了KCNQ1基因缺失的表型，证实其靶标特异性，为KCNQ1相关疾病的治疗策略开发奠定了化学与生物学基础。
