【Nature 子刊】肌球蛋白抑制剂治疗肥厚性心肌病

肥厚型心肌病（HCM，Hypertrophic cardiomyopathy）是一种肌节遗传性疾病，导致心肌收缩力过度。在这里，介绍了 aficamten，一种选择性心肌肌球蛋白小分子抑制剂，它通过强烈减缓磷酸盐释放来降低 ATP 酶活性，稳定弱肌动蛋白结合状态。Aficamten 与肌球蛋白催化结构域上的变构位点结合，可防止进入强肌动蛋白结合力产生状态所需的构象变化。

HCM 是最常见的单基因心脏病，估计携带者患病率据报告约为 500 人中就有 1 人受到影响。HCM 的特点是非扩张的 LV 左心室 (LV) 肥大，通常有肌原纤维紊乱、纤维化和舒张功能障碍的证据。

肌节（肌肉的基本收缩单位）的常染色体显性突变是 HCM 的主要原因，β-心肌肌球蛋白 ( MYH7 ) 和 cMYBP-C ( MYBPC3 ) 突变约占家族性 HCM 的 50%。HCM 遗传原因多样性的一个共同特征似乎是过度收缩，表现为体外净肌节发电增加和左心室过度收缩，体内心脏顺应性降低。其分子机制是，在心脏收缩周期期间，粗丝中肌球蛋白头的数量增加，这些肌球蛋白头与细丝中的肌动蛋白结合。

针对症状性肥厚性心肌病的药物治疗重点是重新利用心脏病学中使用的其他药物来治疗肥厚性心肌病患者。这些药物包括β-肾上腺素能受体阻滞剂、非二氢吡啶钙通道阻滞剂和丙吡胺钠通道阻滞药，所有这些药物都旨在减慢心率、降低心肌收缩力或两者兼而有之。虽然这些疗法的主要目的是减轻症状，但在某些情况下，由于脱靶效应，它们是禁忌的或耐受性差。植入式心脏复律除颤器用于潜在致命心律失常的高风险患者。当阻塞性 HCM 患者对药物治疗无反应或无法耐受药物治疗时，如果可行，可能会推荐侵入性治疗（手术间隔肌切除术或酒精室间隔消融术）。

心肌肌球蛋白抑制在 HCM 中的治疗意义已得到临床证实。心肌肌球蛋白抑制剂mavacamten 最近获得美国 FDA 的批准，可用于治疗有症状的梗阻性oHCM，以改善功能能力和症状。mavacamten 在 oHCM 中的关键研究是 EXPLORER-HCM 试验。mavacamten 的一个显著特点是人体半衰期 ( t 1/2 ) 较长，约为 7-9 天，需要大约 6 周的时间才能达到稳态浓度。此外，CYP2C19 抑制剂（例如奥美拉唑或埃索美拉唑）、强效 CYP3A4 抑制剂或与对 CYP 诱导敏感的药物联合使用，对 mavacamten 代谢的抑制使其使用变得复杂化。

Aficamten 的设计目的是优化心肌肌球蛋白抑制的药理学，包括血浆半衰期、药效学、CYP 相互作用、每日一次给药、2 周内达到稳态、24-48 小时内效应可逆性和浅暴露 –响应关系，这些类药属性将为临床使用带来优势。

通过高通量筛选心脏肌节抑制剂，然后对效力、预计的人体药代动力学和药效暴露-反应关系进行迭代优化，确定 Aficamten，目的是最大限度地提高患者的安全性、有效性和易用性( 图1a ）。Aficamten 以剂量依赖性方式在整个活化钙浓度范围内降低心肌原纤维的腺苷三磷酸酶（ATP酶）活性（ 图1b ）。使用从不同肌肉类型制备的肌原纤维的效力和选择性，证明Aficamten抑制心脏和慢骨骼肌原纤维（均含有相同的 β-肌球蛋白重链；β-MHC）的 ATP 酶活性，具有相似的效力IC 50~1.26 /1.23µM，并且比快速骨骼肌更有效 6.52 μM）（图1c ）。

为了更好地了解aficamten和mavacamten之间潜在的机制差异，比较了它们与非选择性肌球蛋白 II 抑制剂 blebbistatin 竞争结合心肌肌球蛋白的能力，其结合位点已由 X 确定射线晶体学。blebbistatin具有荧光性，其荧光强度在与肌球蛋白催化结构域结合后增加。在 aficamten 浓度增加的情况下，肌球蛋白荧光减弱，表明aficamten和肌球蛋白以相互排斥的方式结合，并表明它们在肌球蛋白上具有相同或重叠的结合位点（图1g 和 补充图2）。相反，在该测定中，增加mavacamten浓度对blebbistatin荧光几乎没有影响，这表明mavacamten结合到肌球蛋白上的位点不同于blebbistatin和aficamten。

图 1：Aficamten 是一种选择性小分子心肌肌球蛋白抑制剂。

补充图2

为了更好地定义aficamten的作用机制并解释其对β-MHC的特异性，将β-MHC与aficamten和Mg.ADP.Vanadate共结晶（图2a）。以 2.33 Å 分辨率解析的结构表明，两个 β-MHC 运动结构域分子被捕获在不对称单元的预动力冲程 (PPS) 状态。电子密度图明确地识别了两个分子中aficamten和核苷酸的位置。aficamten与 blebbistatin 靶向相同的口袋，位于 U50和 L50子结构域之间，紧邻无机磷酸盐（Pi）释放位点（图2b）。

对口袋的更详细分析表明，大多数相互作用本质上是疏水性的，只有两种静电相互作用（图2b-d ）。第一个静电键涉及L267主链的羧基，该羧基与aficamten的吡唑和茚满之间的酰胺键的N-H部分形成氢键。第二个静电相互作用涉及水分子与 H651 咪唑氮、β-MHC N654 侧链 NH 2和 aficamten 恶二唑的N-4 之间的氢键网络。

通过使用前稳态方法探测aficamten的动力学机制。使用超药理学浓度来探索在完全生化抑制下对肌球蛋白循环的不同步骤的动力学影响。通过内在色氨酸荧光测量，aficamten 没有改变 ATP 结合或水解（图3a-b ）；然而，肌动蛋白激活的磷酸盐释放显着减慢，磷酸盐释放速率和幅度均降低（图3c）。aficamten对磷酸盐释放的抑制严重依赖于与ATP混合后肌球蛋白的老化时间，这表明aficamten与肌球蛋白(ADP-Pi)复合物的结合适度缓慢。blebbistatin也被观察到缓慢结合，但与mavacamten不同，后者在2和30 s时类似地减缓磷酸盐释放，并产生与未抑制状态相似的磷酸盐释放幅度。

磷酸盐释放后，ADP 必须在 ATP 结合和肌球蛋白脱离之前从肌动球蛋白中释放。Aficamten 非常适度地减缓了肌动蛋白结合肌球蛋白的 ADP 释放（图3d ），表明对肌球蛋白退出力产生状态的能力影响最小。

Aficamten 降低了正常成年大鼠心室心肌细胞的收缩力，而不会改变钙瞬变（图 4a），与肌球蛋白导向机制一致。在专注于收缩性的单独实验中，aficamten 降低了心肌细胞分数缩短，其剂量依赖性类似于观察到的心肌肌球蛋白 ATP 酶活性的抑制（图 4b）。在 Sprague Dawley 大鼠中，0.5-4 mg kg-1 的 aficamten 剂量在分数缩短中产生与剂量和浓度相关的降低（图 4c、d）。健康的比格犬接受 0.75、2 和 3 mg kg-1 剂量的 aficamten，并在给药后 48 小时内在选定时间点收集超声心动图。与大鼠研究类似，aficamten 在给药后 2 小时以剂量和浓度相关的方式降低 LVEF（图 4e，f）。在健康的比格犬中，LVEF IC10 和 IC50 分别为 0.18 μM 和 1.3 μM。总体而言，aficamten 以剂量和血浆浓度依赖性方式降低大鼠和狗的心脏收缩力（图4c-f）。

在人类临床研究中，健康成人单次和多次剂量的aficamten耐受性良好，随着剂量和暴露量的增加，左心室射血分数 (LVEF) 降低。75-85小时的药代动力学半衰期在10-12天内达到稳态，aficamten对心脏功能的影响在24-48小时内很容易逆转。在 2 期临床试验中，aficamten 可有效降低 LVOT-G 压力梯度，并且同样具有良好的耐受性。近日，3期临床试验SEQUOIA-HCM（ NCT05186818 ）的结果被报道。在 SEQUOIA-HCM 中，使用 aficamten 治疗可在运动能力、纽约心脏协会功能分级和症状方面产生统计学显着改善，不良事件概况与安慰剂相当 。总体来说，aficamten具有同类最佳的潜力。

尽管心肌肌球蛋白抑制剂之间的差异对患者的影响仍有待确定，但导致 oHCM 和其他心脏过度收缩疾病的不同分子基础和机制可能最终受益于具有不同分子机制的候选药物的开发，这些药物将在随着临床经验的积累进一步定义。