生物通报道：来自中科院上海生命科学研究院神经科学研究所，上海药物研究所等处的研究人员发现了酸敏感离子ASIC通道非质子门控机理，这揭示出ASIC还具有非质子感受功能，大大拓展了人们对ASIC通道生理功能的认识。这一研究成果公布在《Neuron》杂志上，同期杂志上还专门配发了评论，并在其网站上作为亮点披露（Spotlight On）。

文章的通讯作者是中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所徐天乐研究员和上海药物研究所蒋华良研究员，后者早年毕业于华东师范大学，现任中国科学院上海药物研究所副所长、所学术委员会副主任、药物发现与设计中心主任，国家杰出青年基金获得者，科技部 973 计划首席科学家等。这一合作成果是由神经所博士后于烨，研究生李伟广和药物所研究生陈志等共同完成。

酸敏感离子通道（ASIC）广泛分布于中枢和外周神经元，是一类由细胞外质子（即氢离子）激活的阳离子通道（主要通透钠离子）。徐天乐研究组长期致力于ASIC生理学以及结构与功能研究，曾经揭示ASIC在介导质子引起的神经损伤以及慢性痛中发挥重要作用。近年来，借助新解析的ASIC晶体结构，与药物所研究人员一起运用计算与功能分析相结合的方法，联合提出了ASIC质子门控动力学模型（PLoS Biol, 2009）。

在最近的研究中，双方采用电生理学和化学等多学科交叉的方法，发现ASIC不仅可以被质子激活，还可以被非质子配体激活。在中性pH条件下，非天然小分子配体GMQ作用于ASIC特异性的结构域，激活离子通道的开放，介导生物学效应。传统认为ASIC是神经元质子感受器，该项新发现揭示出ASIC还具有非质子感受功能，大大拓展了人们对ASIC通道生理功能的认识。

研究人员首先通过电生理方法，对数百个小分子化合物进行筛选，发现GMQ可导致3型酸敏感离子通道（ASIC3）持续激活。利用GMQ为分子探针，结合化学合成与修饰，突变体分析和共价修饰分析，他们系统研究了GMQ配体的结构－活性关系以及通道的非质子配体结合域。

借助急性分离脊髓背根神经节神经细胞培养和ASIC1以及ASIC3基因敲除小鼠模型，他们进一步探讨了非质子配体激活ASIC3通道的生理和病理意义，发现ASIC3基因缺失小鼠失去对GMQ诱导的疼痛行为的反应性。作者还揭示了一种ASIC3通道的天然非质子配体，通过新鉴定的非质子配体结合域激活和调节ASIC3通道的开放。该项研究为深入理解ASIC通道结构和功能，探讨通道的门控机制以及合理设计通道抑制剂或调节剂，提供了新思路。

（生物通：万纹）

原文摘要：

A Nonproton Ligand Sensor in the Acid-Sensing Ion Channel

Highlights
A nonproton ligand sensor exists in the acid-sensing ion channels
Nonproton ligand causes persistent activations of acid-sensing ion channels
A single covalent modification of E79 locks ASIC3 channels in the open state
Natural ligands beyond protons may activate acid-sensing ion channels
Summary
Acid-sensing ion channels (ASICs) have long been considered as extracellular proton (H+)-gated cation channels, and peripheral ASIC3 channels seem to be a natural sensor of acidic pain. Here, we report the identification of a nonproton sensor on ASIC3. We show first that 2-guanidine-4-methylquinazoline (GMQ) causes persistent ASIC3 channel activation at the normal pH. Using GMQ as a probe and combining mutagenesis and covalent modification analysis, we then uncovered a ligand sensor lined by residues around E423 and E79 of the extracellular “palm” domain of the ASIC3 channel that is crucial for activation by nonproton activators. Furthermore, we show that GMQ activates sensory neurons and causes pain-related behaviors in an ASIC3-dependent manner, indicating the functional significance of ASIC activation by nonproton ligands. Thus, natural ligands beyond protons may activate ASICs under physiological and pathological conditions through the nonproton ligand sensor, serving for channel activation independent of abrupt and marked acidosis.

作者简介：

蒋华良 ， 男，研究员，博士生导师。现任中国科学院上海药物研究所副所长、所学术委员会副主任、药物发现与设计中心主任。 蒋华良研究员 1987 年毕业于南京大学化学系，获得学士学位； 1992 年毕业于华东师范大学化学系，获得理学硕士学位； 1995 年毕业于中国科学院上海药物研究所，师从嵇汝运院士和陈凯先院士，获得理学博士学位。随后留在药物所工作，历任副研究员、研究员、博士生导师、药物发现与设计中心主任、所学术委员会副主任、副所长等职。他是国家杰出青年基金获得者，科技部 973 计划首席科学家，科技部 863 计划“生物和医药技术领域”专家组成员，科技部中长期规划重大基础研究项目“蛋白质科学研究”专家组成员，国家自然科学基金委重大研究计划“基于化学小分子探针的信号转导过程研究”专家组成员。

蒋华良 研究组发展和应用生物学、化学、计算机和信息科学等多种学科交叉的新方法和新技术，深入开展药物设计、药物新靶标的发现、药物靶标构象变化与药理功能关系等研究，他 带领一批年轻科技人员，在国内较早采用超级计算机进行受体结构与功能关系研究以及药物设计研究；发展了系统化的新一代分子模拟、药物设计和靶标发现方法和技术，包括生物大分子体系的大规模分子动力学模拟并行算法、高通量虚拟筛选方法、集中组合库设计方法、 ADME/T 分析方法、蛋白质－蛋白质相互作用预测方法和新靶标预测方法，建立了 “ 分子模拟 ? 药物设计 ? 化学合成 ? 生物测试 ? 结构生物学研究 ” 的创新药物研究平台；对 20 余种具有重要生理功能的生物大分子结构与功能关系进行分子动力学模拟研究，特别是在模拟跨膜蛋白和蛋白质构象变化研究方面取得重要的进展；与同事合作，应用上述药物设计和药物筛选平台，针对感染、代谢性疾病、早老性痴呆症等 8 种疾病的 30 多个重要靶标进行了药物先导化合物的发现和优化研究。根据药物设计的结果，共对 1,500 种天然产物和 3,000 多个合成化合物进行相应的靶向筛选，获得活性化合物 1,000 余个，一些化合物已进入临床前研究。与同事合作，整合分子模拟、药物设计平台以及分子与细胞生物学、生物物理和结构生物学技术，建立了药物作用新靶标发现与功能确证平台，进行了靶标发现和功能确证研究，发现 15 个疾病相关新基因，对 5 个基因的功能进行了确证，测定了相应蛋白的晶体结构。

蒋华良领导的研究组在 PNAS 、 JBC 、 JACS 、 JMB 、 J. Viol. 、 Chem. & Biol. 、 Nucleic Acids Research 等杂志共发表 SCI 论文 200 余篇，合作编写专著《计算机辅助药物设计：方法、原理及应用》，在国内影响较大；参加 8 本专著的编写；主持翻译了 J. Licinio 和 M.-L. Wong 主编的《药物基因组学－寻求个性化治疗》；申请专利 52 项；应邀为 Drug Discovery Today 、 Curr. Med. Chem. 、 Curr. Pharmcuet. Design 等杂志撰写综述 8 篇。 蒋华良曾多次在国际学术会议作邀请报告，任国际 “ 第九届胆碱酯酶国际会议 (The IX th International Meeting on Cholinesterases)” 共同主席， 4 次任国际会议分会主席；他的研究项目被列入欧盟 F6 框架研究计划；组织了蛋白质模拟和药物设计 EMBO 研讨班，为我国的药物设计和蛋白质模拟研究的发展作出了贡献。蒋华良还担任 Journal of Medicinal Chemistry 、 ChemMedChem 和 Quantitative Structure Activity Relationship and Combinatorial Science (QCS) 等 5 个国际杂志的编委或顾问委员会成员。

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