电压门控钠离子通道
（Voltage-gated sodium channel,
NaV
）
介导着可兴奋细胞中动作电位的产生和传播。在哺乳动物中已经确定了9种NaV通道亚型
(NaV1.1-1.9)
参与广泛的生理过程。姜道华团队近年来一直关注电压门控钠离子通道的门控机制和药理学性质，相继报道了钠通道NaV1.5冷冻电镜结构、神经毒素对钠通道NaV1.5的调控、钠通道NaV1.5开放态结构、钠通道NaV1.3与选择性抑制剂复合物结构、钠通道NaVEh N-型快失活新机制和钠通道NaV1.7与抑制剂的复合物结构。
由基因SCN8A编码的NaV1.6亚型在中枢神经系统
(CNS)
和周围神经系统
(PNS)
的神经元中广泛分布，尤其特异性表达于轴突起始段
(AIS)
的远端和有髓兴奋性神经元的Ranvier节点。与其它NaV通道亚型相比，NaV1.6具有独特的电生理特性，包括在更高的超极化电压下激活、更高水平的持续电流和再生电流，以及在小脑浦肯野细胞等神经元中更高频率的重复放电。这些特征使 NaV1.6 成为调节神经元兴奋性的关键且重要的分子元件。
由于NaV1.6与神经元兴奋性密切相关，目前已经鉴定出数十种NaV1.6的突变体会导致人类疾病：其中功能获得性表型通过增加神经元兴奋性引起不同类型的癫痫性脑病；而功能丧失突变通常与晚发性癫痫、智力障碍、孤立性认知障碍和运动障碍有关。因此，NaV1.6是一个重要的药物靶标。
2023年2月23日，中国科学院物理研究所姜道华课题组，北京大学医学部黄卓课题组和中国科学院生物物理研究所赵岩课题组在Nature Communications上合作发表题为
Structure of human NaV1.6 channel reveals Na+ selectivity and pore blockade by 4,9-anhydro-tetrodotoxin
的研究论文，在前期工作的基础上，
解析了人源NaV1.6钠离子通道复合物以及结合4,9-anhydro-tetrodotoxin的高分辨率电镜结构，借助全细胞膜片钳和分子动力学模拟等方法，揭示了钠离子潜在的结合位点和选择性机制，并阐述了4,9-anhydro-tetrodotoxin的抑制机制。
在该研究中，作者首先通过优化通道基因获得了高质量的样品，电生理结果表明优化后的NaV1.6的电压依赖性激活和失活与野生型类似，并解析了NaV1.6/β1/β2 apo-form的冷冻电镜结构。NaV1.6呈现出假四重对称，整体结构与其它亚型类似。有意思的是此结构揭示了两个潜在的Na+结合位点，以不对称的方式分布在离子选择过滤器
（SF）
中。与细菌和哺乳动物CaV通道中的Ca2+结合位点相比，NaV通道独特的不对称SF提供了将Na+与其它阳离子分离的精密通道，表明了Na+识别、选择和通过的可能机制。
致命的河豚毒素
(TTX)
既是一种危险的毒素分子，也是一种研究NaV通道的重要工具分子。TTX可以在纳摩尔水平高效地抑制NaV1.1-1.4和NaV1.6-1.7
（TTX-sensitive NaVs）
，而在微摩尔浓度下才能抑制NaV1.5、NaV1.8和NaV1.9。此前研究结果表明，和TTX结构高度相似的4,9-anhydro-tetrodotoxin
(4,9-ah-TTX)
可以选择性阻断NaV1.6。为了研究4,9-ah-TTX选择性抑制该研究NaV1.6的机制，作者解析了NaV1.6与4,9-ah-TTX的电镜结构。4,9-ah-TTX结合在NaV1.6 选择过滤器
（SF）
上方，与TTX 和NaV1.7的结合方式和位置非常类似。作者通过一系列的电生理突变和分子动力学模拟实验，分析了4,9-ah-TTX在几乎相同的口袋中高亲和力抑制 NaV1.6的潜在原因。在NaV1.7中，结合口袋附近有些氨基酸侧链体积较小，灵活性更大，导致直接相互作用的氨基酸与4,9-ah-TTX松散结合。而在NaV1.6中，由于更大氨基酸侧链的存在稳定了这些相互作用氨基酸与4,9-ah-TTX的结合。该研究结果为NaV1.6相关疾病的选择性药物的开发提供了结构基础。
中国科学院物理研究所姜道华研究员、北京大学医学部黄卓教授和为中国科学院生物物理研究所赵岩研究员为本研究论文的通讯作者。中国科学院生物物理所研究生李悦、北京大学研究生袁田和北京望石智慧科技公司黄博为本论文共同第一作者。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-36766-9
制版人：十一
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