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电压门控钾离子通道KCNQ（Kv7）包括KCNQ1KCNQ5五个亚型,在神经等组织的兴奋性调节中起关键作用。不同亚型KCNQ在组织分布、生理和病理功能上存在差异,构成了其不同药理特性和应用前景的基础。中枢神经系统中分布的KCNQ2和KCNQ3亚型是已确认的抗癫痫药物靶点,内脏平滑肌和血管平滑肌中分布的KCNQ4和KCNQ5亚型被认为可能用于治疗平滑肌相关疾病。因此,研究靶向KCNQ通道的药物的作用机制和发展亚型选择性激动剂对于以KCNQ为靶点的药物发现和临床应用具有重要意义。瑞替加滨（Retigabine）是已有的唯一一个靶向KCNQ通道的抗癫痫药物,因商业原因于2017年退出了市场。从Retigabine的结构出发,我们与药物化学家合作开发了化学稳定性更佳、血脑分布更好、疗效更优的新型候选抗癫痫药物派恩加滨（HN37）,目前已获准开展临床试验。HN37对KCNQ2通道的激动活性显著高于Retigabine,其EC50在24.00 nM,在10 nM时可增加电流达2倍以上,而Retigabine的EC50高达1.54μM,在10μM时对电流的增强效应仅有1.5倍左右。然而,HN37强效激动KCNQ通道的分子机制尚未阐明。本论文首先采用电生理结合点突变扫描策略考察了HN37对可诱导人类癫痫的突变、已知Retigabine关键位点突变及其它潜在位点突变的效应,并与Retigabine进行比较。实验结果显示,虽然影响两个药物激动效应的关键氨基酸残基非常接近,如W236L可基本取消两个药物的活性,支持这两个药物可能作用于同一个结合口袋,但在其它多数突变中HN37均表现出较Retigabine更强的激动效应。进一步的研究揭示,上述效应的区别可能来自于二者作用模式的细微区别,例如可能位于结合口袋中的L243V、L275V、L299V、I238A四个突变对HN37和Retigabine的激动效应影响具有显著差异。本部分工作初步研究了HN37在KCNQ2通道上的分子机制,发现其和Retigabine可能作用于同一个口袋,但作用模式的细微区别可能是其强效激动效应的分子基础。这部分工作为发展强效KCNQ2激动剂提供了有益线索。在本论文的第二部分,为寻找新结构骨架的KCNQ2激动剂,我们首先采用高通量筛选方法并结合电生理方法筛选了8万个小分子,找到了多个具有新结构骨架的KCNQ2通道小分子激动剂。为发展KCNQ4和KCNQ5选择性激动剂,基于已有工作基础,综合考虑Retigabine、HN37和新发现KCNQ激动剂的结构特点,我们对Retigabine开展了进一步的结构改造,考察能否通过细微的结构变化获得不同于原型化合物选择性的激动剂。经过亚型选择性评价,我们发现了若干个活性强、选择性高的化合物如6e和10g等。这些分子对平滑肌中高分布的KCNQ4和KCNQ5亚型具有强的激动活性（电流幅度增大38倍）,对KCNQ1和KCNQ2无效,,对KCNQ3效应微弱。值得指出的是,在芥末油AITC诱导的小鼠结直肠疼痛模型中,化合物10g表现出良好的镇痛效应,显示KCNQ4和KCNQ5可能是治疗内脏痛的潜在靶点。本部分工作为研究KCNQ4和KCNQ5通道在内脏平滑肌中的功能提供了新的小分子探针。