摘要：在细胞世界中，离子通道是生命活动不可或缺的“智能门户”。这些位于细胞膜上的特殊蛋白质，能够根据电压、配体或机械力等信号精确控制离子的进出，从而调控神经传导、肌肉收缩等关键生理过程。

在细胞世界中，离子通道是生命活动不可或缺的“智能门户”。这些位于细胞膜上的特殊蛋白质，能够根据电压、配体或机械力等信号精确控制离子的进出，从而调控神经传导、肌肉收缩等关键生理过程。

然而，要从零开始设计一个能够响应外界刺激的动态跨膜蛋白，一直是科学家面临的重大挑战。

经过六年攻关，西湖大学卢培龙研究员团队联合李波、黄晶等团队，在国际上首次实现了电压门控阴离子通道（dVGAC）的精确从头设计，相关论文于2025年10月16日发表在《细胞》期刊上。

在我们身体的每个细胞表面，都分布着各种各样的离子通道，它们如同城市的门户和关卡，连接细胞内外，精准传递信息。

当我们的神经元传递信号时，电压门控钠通道和钾通道的协同工作就产生了动作电位。而天然电压门控离子通道能感知电压变化控制“开关”，还可筛选特定离子，就像门卫一样可以选择入户者。

因此离子通道在神经传导、肌肉收缩和细胞信号转导等关键生物学过程中发挥重要作用。但是要我们从头设计一个能够模仿天然离子通道功能的人工蛋白，却是一项前所未有的挑战。

卢培龙团队此次实现了两项“世界首次”——首次实现电压门控阴离子通道的精确从头设计、首次完成人工设计离子通道蛋白的体内实验。

团队曾于2020年实现跨膜孔蛋白的从头设计，但设计天然电压门控离子通道难度极高，需要考虑通道的安装位置、通道“闸机”、对指定离子开门等，要实现动态响应。

研究团队采用参数化方程与片段组装相结合的方法，从头设计了一个由15根α螺旋组成的五聚体跨膜蛋白骨架，形成两层同心环结构。

该结构的超螺旋半径沿中心轴动态变化，更有利于通过孔道内部门控氨基酸的构象调整实现孔径调控。

研究团队在通道特定位置引入了三层精氨酸，让它既可作为电压传感器，又可对离子进行选择过滤。这些带正电的残基既作为电压传感器，又作为氯离子选择性过滤器。

实验结果显示，电压达40毫伏时，电流曲线显著上升，且电压越高“闸机”开放概率越大，完全符合“电压门控”的设计初衷。

同时，该通道仅允许阴离子通过，而不能通过阳离子，具备离子“筛选”功能，展示了从头设计的强大功能。

这项研究的成功，不仅在于从头设计出了功能性的电压门控离子通道，更在于开辟了定制化跨膜蛋白设计的新时代。dVGAC具有简单的结构和高度可调的特性，与天然离子通道相比，更适合各种应用需求。

未来，研究人员可能设计出响应特定配体或物理刺激的跨膜蛋白，用于检测特定的生物标志物或环境变化。这些设计蛋白不仅可以在体外应用，还可能在体内调控膜电位，治疗相关疾病。

“这项研究成果展示了蛋白质从头设计的巨大潜力，也意味着我们距离开发能够调控细胞和神经活动的人工设计离子通道蛋白药物更近了一步”。卢培龙表示。

注：本文数据来源于西湖大学卢培龙团队2025年10月16日发表于《细胞》的论文《De novo designed voltage-gated anion channels suppress neuron firing》，同时参考了媒体的公开报道。

来源：惊喵科学