细胞膜系统 2017年度巨献：国内科学家不容错过的重磅级研究成果

2017年马上就要过去了，迎接我们的将是崭新的2018年，2017年我国科学家们取得了很多意义重大、影响深远的研究成果。本文中小编整理了2017年我国科学家发表的一些重磅级研究，分享给大家。

【1】Cell：清华大学颜宁研究组报道电鳗激活态电压门控钠离子通道Nav1.4与β1复合物三维结构

doi：10.1016/j.cell.2017.06.039

2017年7月20日，国际著名学术杂志《Cell》杂志在线发表了清华大学生命科学学院、生命中心颜宁研究组题为《来自电鳗的电压门控钠离子通道Nav1.4-β1复合物结构》(Structure of the Nav1.4-β1 complex from electric eel)的研究论文，研究首次报道了带有辅助性亚基的真核生物电压门控钠离子通道复合物可能处于激活态的冷冻电镜结构。清华大学医学院博士后闫浈、医学院副研究员周强、生命学院博士生王琳、生命学院博士毕业生吴建平为本文的共同第一作者，颜宁教授为本文的通讯作者。

电压门控钠离子通道(以下简称“钠通道”)位于细胞膜上，能够引发和传导动作电位，参与神经信号传递、肌肉收缩等重要生理过程。顾名思义，钠通道感受膜电势的变化而激活或失活。对于可激发的细胞，细胞膜两侧由于钠离子、钾离子、钙离子、氯离子等离子的不对称分布，产生跨膜电势差。在静息状态下，细胞膜内电势低，膜外电势高，3-5纳米厚的细胞膜两侧电势差大概为-70毫伏左右。通常情况下，钠通道在细胞膜去极化状态，也就是细胞内相对电势升高时激活(即钠通道中心通透孔道打开，钠离子由高浓度的胞外侧流向胞内)，从而引发动作电位的起始；而其又具备特殊的结构特征，使之在激活的几毫秒内迅速失活，从而保证通过与钾离子通道的协同作用结束动作电位，以及由钠钾泵介导的静息电势的重建，为下一轮的动作电位产生做好准备。

【2】Cell：中国科学家发现人类Piwi基因突变导致男性不育

doi：10.1016/j.cell.2017.04.034

中科院生物化学与细胞生物学研究所刘默芳研究组与上海市计划生育科学研究所施惠娟研究组合作研究，首次发现人类Piwi基因突变可导致男性不育，并深入揭示了其致病机理，为相关男性不育症的早期分子诊断及精准医疗提供了理论依据。5月26日凌晨，国际著名学术期刊《细胞》（Cell）在线发表了该项研究成果。

近年来，随着全球人口出生率持续缓慢增长及人口老龄化加剧，不孕不育已逐渐由单纯的医学问题演变为备受关注的社会问题。据不完全统计，在我国的不孕不育夫妇中，男性因素约占50%，非梗阻性无精、弱精及精子畸形是造成男性不育的重要原因，但其致病原因及机制尚不清楚，临床诊断和治疗策略也极其有限。

【3】Cell：中国科学家在钾离子通道结构方面取得重要进展

doi：10.1016/j.cell.2016.12.028

国家蛋白质科学研究（上海）设施电镜分析系统用户北京大学分子医学所陈雷研究组与清华大学生命科学学院高宁研究组在《细胞》杂志联合发表题为《胰岛细胞ATP敏感的钾离子通道结构》（Structure of a Pancreatic ATP-sensitive Potassium Channel）的研究论文，解析了ATP敏感的钾离子通道（KATP）的中等分辨率（5.6A）冷冻电镜结构，揭示了KATP组装模式，为进一步研究其工作机制提供了结构模型。

生物体进化出多种方式来感知细胞内能量状态，从而维持能量稳态。KATP通道可以在细胞内ATP水平升高时关闭，从而使钾离子无法外流，进而使膜的兴奋性增加。通过这种方式，它们将细胞内的代谢水平转化为电信号。这些离子通道广泛分布于很多组织中，并且参与多种生命过程。在胰岛β细胞中，KATP可以间接感受血糖浓度，控制胰岛素的释放：当血糖升高时，由于β细胞对血糖的主动摄取和代谢，细胞内ATP浓度升高，ATP直接结合在KATP上并抑制其活力，使钾离子无法外流，导致细胞膜的去极化，从而激活电压门控的钙离子通道，进而导致钙离子的内流。钙离子浓度的升高会引起胰岛素的释放，从而降低血糖浓度。KATP的突变会导致很多遗传性代谢疾病。例如，KATP的抑制剂可以用于治疗二型糖尿病，其激活剂可以用于治疗高胰岛素症。