钾离子通道是目前发觉分布最广、亚型最多的一类离子通道，存在于几乎所有真核生物中并发挥多种生物功能。钾通道的功能异常会造成长QT综合征、糖尿病和肾病等多种累及肾脏、胰腺、肾脏和中枢神经系统等部位的严重病症。电流门控钾离子通道（-gated，Kv）是一类精典钾离子通道，它的开启和关掉由膜电位决定并与电位变化时间有关，因而在维持可激动细胞动作电位方面起着极其重要的作用。
通道失活是通道门控过程中的一个重要环节,理解通道的失活机制对于明晰通道的生理和病理功能非常关键。一般情况下，在电流条件下钾离子通道会打开激活门并通透离子传导数百微秒，然后通道才会手动关掉，停止离子传导，使通道失活。离子通道的失活的快慢是影响靶点离子通道的抗生素动力学的重要诱因，为此，离子通道的失活机制，非常是C-型失活，仍然是生理和毒理学都关注的重点，并且常年以来没有明晰的机制解释（图1）。
图1.离子通道失活是通道的重要属性。(A)离子通道在“关闭-开放-失活”三个状态之间进行循环；(B)在电流维持下，离子通道会自发失活。不同通道有不同的失活速度；(C)离子通道失活主要有两种方式（N-型，C-型）。N-型失活主要有N端结构域在胞内封住通道孔道钠钾离子通道存在，C-型失活主要彰显在孔道过滤区的设想变化；(D)有的C-型失活机制被觉得是孔道过滤区的紧缩；(E)有的C-型失活机制被觉得是孔道过滤区多肽主链间的互相作用
Kv1.3通道是Kv家族成员之一，最早是在人的T淋巴细胞中被发觉的，它在免疫系统、神经系统和血管平滑肌细胞中都有抒发。Kv1.3是目前发觉在T细胞中存在的主要钾离子通道之一，它的功能作用主要彰显在对细胞膜电位的调节上。在抗体的呈递过程中，Kv1.3通道集聚在免疫细胞突触上并推动Ca2+讯号传导（图2）。研究表明，Kv1.3主要参与效应T细胞的激活过程，因而不同亚型的T细胞对Kv1.3抑制剂的敏感程度也不同。选择性的抑制Kv1.3通道，就可能达到选择性的抑制效应T细胞激活过程的作用，这为与效应T细胞相关的自身免疫性疾患的医治提供了新的思路。Kv1.3也因而成为医治自身免疫性疾患的新型靶标蛋白。除此之外，Kv1.3还参与了机体的神经毒性效应以及疾病的发生发展等过程，在乳房癌、前列腺瘤、卵巢癌和小胶质细胞瘤等多种癌症细胞表明都测量到了Kv1.3的异常抒发。实验表明，抑制Kv1.3的活性可以诱导癌症细胞的自噬[1]。为此，以Kv1.3为靶向的抗生素研究具有重要的临床价值。
图2.Kv1.3在T细胞活化中的作用及其在免疫细胞突触上的集聚[2]
目前已发觉的Kv1.3抑制剂主要分为小分子化合物、动物毒素和防御素（）三大类。相比于小分子化合物，毒素的作用形式愈发特异和高效，且分布广泛，资源丰富，是氨基酸抗生素开发的重要宝库。作用于Kv1.3的毒素包括多种蝎来源的（MgTX），（ChTX）,（KTX）,（NTX）和-2等氨基酸，海葵毒素ShK以及来始于蛇的BF9毒素等。其中ShK富含35个多肽，产生3对二硫键，具有两段较短的α螺旋结构。ShK对Kv1.3的亲和力很强，可以在皮摩尔级别的含量下抑制通道电压，并且它对其他Kv1.x家族成员也有抑制作用。为了提升对Kv1.3的选择特异性，研究人员在ShK的基础上进行改建形成了一系列ShK的类似物，如ShK-Dap,ShK-186,ShK-192等，其中ShK-186（）已完成一期临床试验，结果表明该氨基酸具有良好的耐受性，能抑制血液中的发炎介质，进而改善银屑病病人的皮肤损伤[3]。
2021年6月1日，中国科学技术学院田长麟课题组和上海学院董昊课题组合作钠钾离子通道存在，在Cell刊物上发表了题为“ofwild-typeandH451NhumanKv1.3”的研究论文。该论文报导了人源Kv1.3-Kvβ2.1复合物(正常失活速度)和H451N突变体-Kvβ2.1复合物（快速失活突变型）的冷藏电镜三维结构（图3）。
图3.人源Kv1.3-Kvβ2.1复合物和Kv1.3H451N突变体-Kvβ2.1复合物的冷藏电镜三维结构
Kv1.3的整体结构与同家族的Kv1.2亚型特别相像。但是，在电流体会结构域（VSD）中，它们在联接S5和S6螺旋的环区域有差别，该区域与毒素官能团的结合密切相关，这些结构上的差别可能是造成Kv1.3和Kv1.x其他亚型对堵孔毒素的敏感性不同的诱因。
在野生型（正常失活速度）和突变体（快速失活速度）的选择性过滤器中，四个精典钾离子配位处对应的密度不是都同时存在的。通过结构比对发觉，与野生型Kv1.3相比，快速失活突变体（H451N突变）的选择性过滤器紧靠胞外的上半部份发生了显著的扩张。这些扩张除了由该区域多肽残基的向外联通导致，同时G446和Y447的甲基也发生了旋转造成其碳基氧原子偏离孔道的中心轴。进一步的分子动力学模拟实验表明，在该突变体中，因为稳定孔道的电负性作用网路被消弱而导致外部孔道区域发生扩张，最终造成孔道的失活（图4）。
图4.结构比对和动力学模拟表明H451N突变改变了W436与D449之间的H-键互相作用，而促使快速失活性突变体之间的H键网路被弱化
综上所述，田长麟/董昊合作报导了人淋巴细胞Kv1.3通道和快速失活突变体H451N的冷藏电镜结构，在这两种结构中，VSD处于去极化构型，孔道下方的内门是开放的。因为选择性过滤器中离子的不完全抢占，以及该区域Y447和D449多肽残基官能团的弱电子密度，野生型和H451N突变体Kv1.3的结构可能都与C型失活构型有关。该研究为设计新的可作为免疫调节剂的Kv1.3抑制剂提供了结构基础。
本研究工作由中国科学技术学院的田长麟团队和上海学院的董昊团队通力合作共同完成，并得到了美国南洋理工学院院长的指导。中国科学技术学院生命科学大学的副研究员刘三玲、博士研究生赵越和上海学院院长董昊为论文的共同第一作者，中国科学技术学院的田长麟院士、张隆华副院长和上海学院的董昊院士为本文的共同通信作者。
参考文献
1.,L.,etal.,ofKv1.3Bax/Bak-deathofcells.EMBOMolMed,2012.4(7):p.577-93.
2.,K.G.andR.S.,ofKv1.3inTcellsasfor.CurrOpinChemBiol,2017.38:p.97-107.
3.,E.J.,etal.,andof,aKv1.3,intheof:Aphase1btrial.PLoSOne,2017.12(7):p..
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