【PDB-101】2020年3月 月度分子：电压门控钠通道【搬运·翻译】

——电压门控钠通道们沿着神经像一道浪潮一样开放，传播信号

    在我坐在这儿写这篇文章时，我的神经系统中正有无数信号传播流动，让我得以构思出这篇文章的开头。至于此时正在阅读并理解这些文字的你呢，你脑中的情况跟我刚才说的也是差不多的。神经系统中的神经冲动用快得惊天地泣鬼神的速度将信息从一个细胞传到另一个细胞，赋予我们思维，允许我们行动。传递神经信号时，神经细胞会动用好几种样式的设备。负责把信号从一个细胞通过突触传给另一个细胞的是一套由神经递质和受体（比如什么AMPA受体）组成的复杂系统；而信号在神经元的长轴突上传播的方法要稍简单些，担负这项任务的是电压门控钠通道和其他一些帮手。

信号的浪潮

    轴突膜上满布着对电压敏感的通道，依据膜两侧电位的差值决定自己现在是开还是关。如果电位差很大，它们就关得严严实实；而当电位差突然变小时，它们便会短暂地开放，让钠离子通过它们流过细胞膜。要想发出一个信号，只要经过简单的几步操作：首先，离子泵让钠离子在细胞外积累，创造出维持钠通道关闭的电位差。准备发送信号时，其他通道会先开放，让一些钠离子通过它们流回细胞，减小两侧钠离子浓度的差异。这会减小局部的电位差，使附近的钠通道激活开放。打开的钠通道进一步减小自己周围的电位差，导致轴突上越来越多的钠通道活化开放。就像体育赛事的会场上观众们通过挥手创造出的波涛一般，通道开放的浪潮扫过轴突，直到到达轴突末端另一个细胞跟前。当然了，按照生物学的惯常操作，真实情况并不像上面描述得那么简单；除钠通道之外，钾通道以及一些别的蛋白也在这道浪潮当中有参与。

感受电压

    我们的电压门控钠通道——比如说上图中来自PDB条目6j8j的这位——主体由一条肽链构成，折叠形成一个穿透细胞膜的孔道，围着孔道分布有四个电压感受元件。一些额外的亚基（绿色）负责调节通道的功能。钠通道的电压感受元件是含有数个带正电荷的精氨酸和赖氨酸（梅红色）的螺旋结构（大部分都处于不寻常的螺旋构象当中），它们可以对局部电位差的变化作出反应，打开或者关闭通道。

可怕的毒素

    电压门控钠通道承包了从我们大脑到肌肉所有信号的传输，所以如果我说它是个绝好的攻击目标，你大概不会惊讶。有许多动物都能合成阻断这些通道的小分子毒素，导致肌肉麻痹。上图中展示了两种这样的毒素，结构来自PDB条目6a95。河豚以及其他一些有毒生物产生的致命毒素河豚毒素能结合在通道中心，直接阻塞孔道。另一方面，一种蜘蛛毒素（绿色）与钠通道的一个电压感受元件结合，阻碍它发挥功能，使蜘蛛得以麻醉猎物。不过，这些毒素也并非绝对穷凶极恶的存在：在我们想方设法调节钠通道功能并借此赶走疼痛或其他疾病时，它们就是给我们启示的引路人。

探索结构：电压门控钠通道

    最近，有研究人员把一个构造较简单的细菌钠通道作为研究对象，成功捕获了电压门控闸门开闭瞬间的快照。细菌钠通道由四个相同的亚基组成，长得与我们由一条肽链构成的钠通道十分相似。结构图像显示，电位差下降时，电压感受元件就会发生位移，拉动与中央孔道相连的一段肽链（来自PDB条目5vb8[激活态]和6p6w[静息态]）。要是想仔细瞅瞅钠通道的运动，还请去原网页查看可互动的JSmol文件。

    在人的一众电压门控钠通道中咱最喜欢的是NAV1.5——心肌的主要钠通道，拥有对河豚毒素没那么敏感和失活较慢两大特性。编码它主体的基因是SCN5A，这货在各种心脏病中存在感相当高，它突变既与结构性心脏病相关，也能引发比较单纯的心电活动异常，比如什么长QT综合征啦、Brugada综合征啦、进行性心脏传导障碍啦之类的；不仅如此，有的突变还能导致重叠表型，甚至还有上面提到的三个病一起表现的，很迷。另外，跟SCN5A突变相关的致命性心律失常容易被高迷走神经张力触发，有不少都是在休息或睡眠中发生的，很阴，直接导致我最初学NAV1.5时对它的印象不太好。（NAV1.5：我容易么我……）

    再多说几句，研究发现河豚毒素不是河豚自己合成的，而是与它共生的微生物合成的。而至于为啥河豚自己的钠通道不鸟河豚毒素，是因为电压门控钠通道“P环”（围成孔道的环结构，许多类型的通道[电压门控钠\钙\钾通道之类]都有类似结构）上的芳香族氨基酸对河豚毒素结合很重要，而河豚的钠通道P环上边的芳香族氨基酸突变成别的了。我们的NAV1.5对河豚毒素没那么敏感也是类似的原因。

    照例，因技术和能力限制，请前往原网页以查看全文中所有超链接以及可互动的JSmol文件。墙裂推荐去PDB-101官网看原文，顺便探索一下这个干货满满的科普平台。多说一句，不用怕全英文，实在不行一个一个查词也行，再不济网页翻译也可以。

封面来源：http://dx.doi.org/10.3390/jcm8071029（图上这位就是NAV1.5，标出了一堆与扩张型心肌病相关的突变）

原作者：David S. Goodsell

原文网址：https://pdb101.rcsb.org/motm/243

PDB-101首页：https://pdb101.rcsb.org/

RCSB PDB首页：https://www.rcsb.org/