10 月 22 日消息，西湖大學於(yu) 10 月 17 日發布博文，宣布其生命科學學院盧培龍研究團隊在《細胞》期刊發表重大突破，曆時六年實現兩(liang) 項“世界首次”—— 首次實現電壓門控陰離子通道的精確從(cong) 頭設計、首次完成人工設計離子通道蛋白的體(ti) 內(nei) 實驗。

　　盧培龍研究團隊聯合李波等校內(nei) 團隊，曆經六年攻關(guan) ，在世界上首次通過“從(cong) 頭設計”的方法，成功創造出一種功能完整、可調控的電壓門控陰離子通道（dVGAC）。

　　這一突破標誌著蛋白質設計領域從(cong) 構建靜態結構，邁入了創造能響應外界刺激的動態功能蛋白的新紀元。

　　IT之家援引博文介紹，離子通道是鑲嵌在細胞膜上的蛋白質，如同細胞的“智能門禁”，負責控製離子進出，對神經傳(chuan) 導、心跳等生命活動至關(guan) 重要，從(cong) 頭設計這種複雜的動態蛋白極具挑戰。

　　團隊首先利用計算模擬設計出一種由 15 根 α 螺旋構成的五聚體(ti) “倒漏鬥”形骨架，該結構在自然界中前所未見，為(wei) 通道的動態開合提供了穩定基礎。冷凍電鏡技術證實，合成的蛋白質結構與(yu) 設計模型高度吻合，誤差僅(jin) 為(wei) 原子級別。

　　該設計的核心在於(yu) “閘機”的構建。研究團隊創新性地在通道內(nei) 部引入三層、共 15 個(ge) 帶正電的精氨酸，作為(wei) 響應電壓變化的“傳(chuan) 感器”和篩選離子的“過濾器”。

　　實驗證實，當電壓達到特定閾值（40 毫伏）時，該人工通道能被成功激活，選擇性地允許陰離子通過。這一成果首次實現了對動態功能跨膜蛋白的精確設計，解決(jue) 了該領域的長期挑戰。

圖 3. 從(cong) 頭設計電壓門控陰離子通道及其電生理實驗驗證

　　更重要的是，該人工通道具備超越自然的“可調控性”。研究人員通過對關(guan) 鍵氨基酸進行單點突變，成功將通道的激活電壓從(cong) 40 毫伏降至更貼近生理條件的 20 毫伏，並能精確調整不同離子的通行優(you) 先級。這種“可編程”特性展示了從(cong) 頭設計的巨大潛力，使其有望成為(wei) 靈活的科研工具。

　　為(wei) 驗證其生理功能，團隊與(yu) 神經生物學家合作，首次在國際上將從(cong) 頭設計的跨膜蛋白應用於(yu) 活體(ti) 動物實驗。他們(men) 將人工通道蛋白注射到小鼠大腦中，成功觀察到神經元的放電頻率顯著降低。

　　這一結果證實，人工設計的離子通道“活”了，它能在複雜的生理環境中發揮作用，為(wei) 未來開發針對神經係統疾病的新型蛋白質藥物和精準療法奠定了堅實基礎。