研究突破核心观点 - 西湖大学研究团队实现两项世界首次突破：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 [1] - 该研究推动蛋白质设计领域实现重要突破，从设计静态结构膜蛋白跨越到设计具有动态响应能力的跨膜蛋白 [1][4] - 研究成果展示了蛋白质从头设计的巨大潜力，为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奠定基础 [4] 技术挑战与设计方法 - 设计天然电压门控离子通道难度极高，需同时满足稳固镶嵌细胞膜、具备电压感应、精准筛选离子以及实现动态响应等条件 [3] - 研究团队结合传统蛋白质设计算法与深度学习方法，从头生成五聚体跨膜蛋白，其俯视形状如五瓣紫荆花，正面呈倒漏斗型，为实现门控和单向运输提供理想基础 [3] - 关键的闸机设计通过在通道特定位置引入三层精氨酸实现，使其兼具电压传感器和离子选择过滤功能 [3] 实验验证与功能特性 - 实验结果显示，当电压达到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 [3] - 所设计的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 [3] - 在体内实验中，将人工通道植入小鼠大脑神经元后，小鼠神经元放电频率显著降低，证明人工设计的离子通道蛋白可在生理条件下发挥作用 [4]