中国科学家实现两项世界首次：零设计人工神经开关登上《细胞》

10月22日最新消息显示，西湖大学于10月17日在其官方平台发布研究成果，宣布其生命科学学院卢培龙研究团队在顶级学术期刊《细胞》上发表了重要突破。该团队历经六年探索，成功达成了两项"世界首次"——完成电压门控阴离子通道的从头精准设计，并首次在活体实验中验证了人工设计离子通道蛋白的功能。

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卢培龙研究团队联合校内李波等多支科研力量，经过长达六年的持续攻关，在全球范围内首次采用"从头设计"策略，成功构建出功能完整、调控精准的电压门控阴离子通道（dVGAC）。

这项突破性进展标志着蛋白质设计领域从静态结构构建，迈入了创造能够响应外界刺激的动态功能蛋白新纪元。

据研究论文介绍，离子通道是嵌在细胞膜上的蛋白质，如同细胞的"智能门禁"，负责调控离子进出，对神经传导、心跳节律等生命活动至关重要。而从头设计这种复杂的动态蛋白极具挑战性。

研究团队首先运用计算模拟技术，设计出一种由15根α螺旋构成的五聚体"倒漏斗"形骨架。这种结构在自然界前所未见，为通道的动态开合提供了稳定基础。冷冻电镜技术证实，合成的蛋白质结构与设计模型高度吻合，误差仅为原子级别。

该设计的核心突破在于"门控机制"的构建。研究团队创新性地在通道内部引入三层、共15个带正电荷的精氨酸，作为响应电压变化的"传感器"和筛选离子的"过滤器"。

实验验证表明，当电压达到特定阈值（40毫伏）时，该人工通道能被成功激活，选择性地允许阴离子通过。这一成果首次实现了对构象动态跨膜蛋白的精确设计，解决了该领域的长期难题。

尤为重要的是，该人工通道具备超越天然的"可调控性"。研究人员通过对关键氨基酸进行单点突变，成功将通道的激活电压从40毫伏降至更贴近生理条件的20毫伏，并能精确调整不同离子的通行优先级。这种"可编程"特性展示了从头设计的巨大潜力，使其有望成为灵活的科研工具。

为验证其生理功能，团队与神经生物学家合作，在国际上首次将从头设计的跨膜蛋白应用于活体动物实验。他们将人工通道蛋白注射到小鼠大脑中，成功观察到神经元的放电频率显著降低。

这一结果证实，人工设计的离子通道"活"了，它能在复杂的生理环境中发挥作用，为未来开发针对神经系统疾病的新型蛋白质药物和精准疗法奠定了坚实基础。

参考文献

Cell 报道 | 这个"世界首次"，让设计的蛋白"活"起来了

西湖大学卢培龙研究团队及其合作者从头设计新型电压门控阴离子通道

De novo designed voltage-gated anion channels suppress neuron firing