离子通道学进展
第一节 离子通道学研究的新技术
对离子通道学研究最具影响力的应该来自现有技术的提炼和精华，包括：细胞生物技术和影像技术，它们可以实时揭示离子通道的运动及锁定细胞膜的特殊粒子。X-射线晶体衍射技术(atomic resolution)、高通量膜片钳技术、质谱、芯片技术、蛋白质组技术、转基因技术、离子通道突变的重新设计等均对通道行为的研究有较大的影响。另电磁共振(elec-tron paramagnetic resonance)和核磁共振技术(nuclearmagne-tic resonance)及荧光技术也将在离子通道领域被应用。理论上，新技术影响通道研究应包括：① 电生理特征探讨；② 用于膜片钳的高通量检测仪器；③ 鉴别离子通道及其伴侣相互作用的基因；④ 人类通道单克隆抗体的研制；⑤ 通道结构和功能的关系等。
一、X-射线晶体衍射技术在离子通道研究中的应用
X-射线晶体图谱在离子通道研究中发挥了新作用。洛克非勒大学的麦金农通过在原子水平定义K+ 通道、Cl- 通道的选择性并研究了空间的晶体结构，从而揭示离子通道的门控机制。他们成功地晶体化通道膜蛋白，并揭示了细菌组织中的电压依赖性钾通道(KvAP)。Rees等则发现了小电导机械敏感通道的空间结构。这使我们可以更直接地研究结构与功能的关系及药物-通道相互作用。这些结构的发现为揭示许多重要通道功能提供了极其有用的方法。X-射线晶体衍射技术是使通道蛋白处于一种特殊的状态,利用X-射线晶体衍射图谱在原子水平研究通道蛋白的细微结构。
二、 核磁共振技术在离子通道研究中的应用
核磁共振图谱和X-射线晶体图谱在不久的将来将更加广泛地应用于真核细胞通道结构的研究。其理由是：① 核磁共振技术将有助于较大体积离子通道的研究，它将为离子通道结构的动力学研究提供有用的信息。离子通道亚稳态构像的相互转换可显示离子通道功能的特征。核磁共振图谱结合X-射线晶体图谱使我们实时地了解离子通道发挥功能时结构中每个原子构像改变的细节。② 技术上的突破将加大真核细胞离子通道结构的研究深度和广度，届时我们可以直接从新的结构角度探讨离子通道的生物学问题，如配体通道功能及通道调节时蛋白之间的相互作用。
三、质谱、芯片技术和蛋白质组技术在离子通道研究中的应用
质谱和芯片技术对离子通道的研究有重要影响。随着更敏感的光谱技术及现在应用的相关蛋白质谱、相关稀有蛋白质( low-abundance)或组分资料基础应用，一个复杂的离子通道将被鉴定。芯片分析有助于特殊生理条件或病理状态时离子通道调节的基因学研究。如：利用芯片技术分析鉴定离子通道和转运体。应用质谱和蛋白质组分析生物液中的组分，在凝胶中鉴定或证实特殊离子通道亚基的存在。实时PCR技术可检测大量离子通道不同亚基的表达，并在细胞水平应用芯片技术加以确认。通道可以在细胞的不同周期及疾病状态下被表达。依赖细胞的周期、连接和发生，它们将产生不同的作用。已有大量的实例证明正常与疾病状态下通道的不同。特殊通道或特殊亚基的空间和瞬时分布的特征对于研究新的治疗手段非常重要。蛋白质组技术将揭示亚型的结构，以确定靶点。通道功能的状态依赖性即化合键的改变或信号的复杂调节可能是将来理解疾病的关键。通道基因的突变则与更完整的细胞信号结合起来,特别是与疾病显著相关的通道，如心力衰竭和猝死性心律失常、心房颤动等。疼痛过程包括细胞膜通道蛋白的上调和下调，研究表明这些调节随着疼痛状态而改变，我们应明确疼痛的复杂性。虽然还存在困难，但芯片和蛋白质组技术将能够以更直接的方式阐明这些复杂性。芯片技术应用的一个基本条件是单个细胞的mRNA和cDNA在扩增中部分发生偏离。应用激光显微解剖技术对于固定材料的单个细胞检测不能获得活体细胞的功能/激活信息。它的优势是可精确界定局部通道的定位，以及功能/物理反应与信号途径的关系。这可以通过研究通道表面细胞间不同蛋白的动态结合来实现，如蛋白激酶在磷酸化蛋白中的作用等。通道动态的锚定于细胞内蛋白骨架上，目前尚未完全理解蛋白的支架作用和功能，但已知后者提供支持和作用靶点，也具有调节功能。对于许多信号通路均有作用的新药不可能存在明确的固定靶点,如基因-蛋白激酶阻断剂。然而，对于受体/通道基因统一的选择性将被研究，如GABA受体有4个跨膜区域（TM），研究在TM3和TM4之间细胞结构域的靶点药物。蛋白质组使得我们知道通道偶合时细胞间蛋白的细微嵌合模式和它们的功能及它们结合通道的确切位点。
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