Hold住細胞興奮性！這幾位中國青年醫師在國際權威雜誌發表論文！

Tmc1和Tmc2基因突變導致家族遺傳性耳聾的作用機制，一直以來倍受關注。1月25日，浙江大學醫學院康利軍課題組在Neuron雜誌上發表了最新研究論文，揭示TMC-1和TMC-2可通過恆定的背景Na+電流，維持神經和肌肉細胞的靜息膜電位和興奮性，並調控相應的行為範式。

本文摘自MedSic , Neuron Cell子刊

眾所周知，生物體正常生命活動的實現，依賴於身上的組織和細胞。而每一個具有生命力的細胞，都具有一定的興奮性，只要它活著，它就是「嗨」的！至於是活力四射的「嗨翻了」，還是苟延殘喘的「湊合嗨」，則取決於細胞膜上的種種離子通道的協同和配合程度了。

靜息膜電位，是衡量一個細胞興奮性程度的重要指標，而背景Na+漏電流和背景K+漏電流在其中起到重要的調節作用。目前， NALCN蛋白家族，是唯一已知的背景Na+通道蛋白家族。它的突變會導致初生小鼠呼吸節律喪失，最終可憐的小鼠會因窒息而腦死亡。由此可見，沒有了背景Na+通道，連正常的呼吸都難以維持，這是多麼恐怖的事情！

另外一個更悲痛的事實，我國每1000個新生兒中有2～3名聾兒，其中一半以上的新生聾兒是由致聾基因突變導致的遺傳性耳聾。跨膜離子通道樣蛋白（TMC，Transmembrane channel–like proteins）是一類新型的離子通道樣蛋白家族。TMC1是內耳中聽毛細胞檢測聲波刺激所必須的組分，TMC1基因突變直接導致先天性耳聾。最新Nature雜誌上發表的論文表明，通過CRISPR-Cas9基因編輯技術糾正Tmc1基因上的突變點，可以恢復突變小鼠的聽力。也有文獻報道TMC1是聽毛細胞感受聲波刺激的機械敏感離子通道，然而此假說還缺乏實驗證實，TMC蛋白家族中其他蛋白的生理功能和作用機制一直以來也所知甚少。

共同第一作者岳曉敏（左一）、趙劍（左二）、李笑（左四）和共同通訊作者之一，康利軍研究員（左三）

浙江大學康利軍課題組以秀麗隱桿線蟲（C. elegans）為模式，發現tmc-1和tmc-2基因突變會造成線蟲產卵缺陷，大量的蟲卵無法排出，直到母體肚子撐破。在作用機制的探索中，發現TMC-1和TMC-2蛋白可通過介導背景Na+電流（類似於NALCN蛋白家族），來維持相關神經元和肌肉細胞（NALCN/NCA在肌肉中無表達，TMC目前在肌肉中獨佔鰲頭）的靜息膜電位和興奮性，進而來調控線蟲的產卵行為。多麼血淋林的事實，因為TMC蛋白功能的喪失，人類和小鼠耳聾失聰了，線蟲更是悲劇到難產致死。

從上至下依次為野生型線蟲，TMC1 突變的線蟲、TMC2 突變的線蟲和 TMC1 及 TMC2 均突變的線蟲體內卵的數量，雙突變的線蟲的卵多到模糊......

也許有人會問，在蟲子中TMC蛋白是介導背景Na+電流影響細胞興奮性的，但是在哺乳動物的同源蛋白是否也是這樣起作用的呢？於是，康利軍課題組將人源和鼠源的正常TMC蛋白表達在tmc基因突變體線蟲中，發現不僅可以拯救難產線蟲的缺陷表型，同時還可以恢復相關神經元和肌肉細胞的節律性鈣振蕩和電生理膜電位以及背景Na+電流。因此，TMC蛋白在作用機制上具有著高度進化保守性。也許不是「聽不見」，只是內耳毛細胞還不足以興奮到「願意聽見」，如同蟲子不是「不能生」，而是它的組織細胞疲軟到「生不動」！有意思的是，以三環抗抑鬱葯丙米嗪 （imiprimine）抑制或者基因敲除肌肉細胞上的背景K+離子通道，都可以拯救恢復tmc基因突變體的行為缺陷。因此，tmc基因相關遺傳缺陷有可能通過化學藥物調控或者基因編輯其相關作用蛋白（如K通道）而得以拯救恢復。此研究不僅提出了第二類背景鈉通道家族的可能，同時更為遺傳性耳聾和相關神經肌肉系統疾病的早期診斷、治療和藥物開發奠定了科學基礎。

有意思的是，研究人員發現在tmc突變體中，VM 肌肉細胞、HSN神經元以及ASH神經元的靜息電位都明顯偏低，細胞處於超極化狀態，因此其可興奮性均顯著降低。同時，這些細胞上的背景Na+漏電流（background Na+ leak current）都顯著減小（上圖）。此外，TMC -1在ASI神經元（頭部感覺神經元）上的異位表達，則能顯著加大其背景Na+電流，並提升細胞的靜息膜電位，增強其可興奮性。（圖片來自浙江大學）

研究人員發現以三環抗抑鬱葯丙米嗪（imiprimine）處理，抑制肌細胞上的背景K+通道(EAG K+)活性，或者基因敲除肌細胞上的UNC-103鉀通道，可以完全拯救恢復tmc基因突變體的行為缺陷（上圖）。這些結果表明，tmc基因突變造成的遺傳疾病，有可能通過藥物或遺傳學方法調控與TMC蛋白功能相關的其他基因的活性而得以治療。（圖片來自浙江大學）

據悉，浙江大學神經生物學博士生岳曉敏、趙劍、碩士生李笑為論文的第一作者。浙江大學神經科學研究所研究員康利軍博士和弗洛里達大學衰老研究所肖睿博士為本論文的共同通訊作者。

原始出處:

Yue et al., TMC Proteins Modulate Egg Laying and Membrane Excitability through a Background Leak Conductance in C. elegans. Neuron (2018),https://doi.org/10.1016/j.neuron.2017.12.041

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