气道高反应性是指气道对各种刺激产生过度或过早收缩，该症状在哮喘患者中尤为常见，严重者可引起呼吸困难。常用的肾上腺素受体激动剂虽然能有效抑制气道高反应性，但易产生耐药性。
蛇床子，为伞形科植物蛇床子（Cnidium monnieri (L.) Cuss.）的干燥成熟果实，又称野胡萝卜籽，广泛分布于华东、中南、西南、西北、华北、东北等地。中医理论认为，蛇床子具有燥湿祛风、杀虫止痒、温肾壮阳的功效。
2020年11月24日，中国科学院生物物理研究所魏涛涛课题组与美国克赖顿大学涂亚萍课题组、中国药科大学曹正宇课题组合作，在国际顶级学术期刊Science旗下期刊Science Signaling上发表了题为《蛇床子素改善哮喘肺功能的气道松弛机制及结构基础》的最新研究论文。
研究发现中药蛇床子的主要有效成分蛇床子素能够松弛哮喘疾病模型的气道平滑肌、抑制气道高反应性。随后，从动物模型、组织切片、培养细胞、酶促反应等不同层面确定蛇床子素的作用靶点为蛋白磷酸二酯酶4（PDE4）。通过共结晶和X射线晶体衍射等技术进一步分析了蛇床子素与PDE4相互作用的结构基础，明确了蛇床子素抑制PDE4及松弛气道平滑肌的分子机制。该论文还被选为本期封面论文。
蛇床子是具有降血压、祛湿、温肾等功效的传统中药，本研究系统阐述了其主要活性成分蛇床子素在抑制气道高反应性方面的新功能，并从分子水平上解析了其药理作用机制，为探索其新的临床应用提供研究基础。
研究小组发现，蛇床子素能够松弛平滑肌细胞，有效抑制气道高反应性；在肾上腺素受体脱敏模型中，蛇床子素也能保持较高的松弛潜力。
鉴于蛇床子素重要的潜在应用前景，明确其作用机制尤为重要。研究团队通过结构、分子、细胞、组织和动物实验证明，蛇床子素的直接作用靶点是PDE4。
PDE4D5催化结构域与蛇床子素的复合物结构（A）；蛇床子素的化学结构和电子云密度图（B）；蛇床子素与PDE4D5催化结构域结合的中心位点信息（C）
气道平滑肌细胞分泌前列腺素E2（PGE2），激活前列腺素受体产生cAMP，进而激活PKA并磷酸化下游调控蛋白，启动平滑肌细胞舒张的信号通路。气道平滑肌细胞内的PDE4是cAMP的主要水解酶，通过降解cAMP来抑制舒张信号通路。这些信号分子的协同作用使气道平滑肌细胞处于舒张和收缩的动态平衡状态。
结构分析表明，蛇床子素通过与cAMP竞争性地结合PDE4催化活性中心，抑制PDE4的水解活性，间接地放大气道平滑肌细胞分泌的PGE2信号强度，从而松弛平滑肌，抑制外源性刺激引起的气道高反应性。
蛇床子素抑制屋尘螨提取物诱发的小鼠哮喘疾病模型（A）和RGS2敲除诱发的小鼠哮喘疾病模型（B）中的气道高反应性。
在屋尘螨提取物诱发的小鼠哮喘疾病模型和RGS2敲除引起的小鼠哮喘疾病模型中，蛇床子素均能有效抑制气道高反应性，证明其潜在的药用价值。
蛇床子素舒张气道平滑肌的细胞信号通路示意图
蛇床子是具有降血压、祛湿、温肾等功效的传统中药，本研究系统阐述了其主要活性成分蛇床子素在抑制气道高反应性方面的新功能，并从分子水平上解析了其药理作用机制，为探索其新的临床应用提供研究基础。
魏涛涛课题组博士生王胜（涂亚平教授合作导师）和涂亚平课题组谢燕博士为该论文的共同第一作者，魏涛涛、涂亚平教授和曹正宇教授为该论文的通讯作者。该项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院国际合作基金和生物大分子国家重点实验室的资助，并得到了生物物理研究所多个课题组的技术支持。
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