中国科研人员揭秘听觉转导离子通道

人类对于五感的研究中心，介导嗅觉、味觉、视觉、触觉的受体基因早已被相继确定。然而，声音感知的核心——负责听觉转导的离子通道，究竟由哪个基因编码的，始终成谜。

针对这一问题，复旦大学生命科学学院教授闫致强团队与生命科学学院教授服部素之团队、东京大学教授濡木理团队合作，最终确认了TCM1/2为位于耳蜗毛细胞中真正的听觉转导离子通道，解决了已困扰听觉领域近40年的问题。近日，相关研究成果以《TMC1和TMC2是成孔的机械力敏感离子通道》为题在线发表于《神经元》（Neuron）杂志。

听力是人类的主要感官之一。人类对声音的感知始于内耳中的柯蒂氏器（Corti organ）。柯蒂氏器中含有超过16000个毛细胞，而将声音由机械信号转换为电信号的机械传导通道即被认为定位于毛细胞上呈阶梯状排列的毛细胞发束(hair cell bundle)上（见下图1）。

亚里士多德定义的五种感官中，介导嗅觉、味觉、视觉、触觉的受体基因早已被相继确定，两位美国科学家（Richard Axel和Linda B.Buck）也曾因发现气味受体和嗅觉系统的组织方式而获得了2004年诺贝尔生理学或医学奖。但是，人们对第五种感官，即听觉转导的分子机制却一直所知无多，尤其是人类对声音感知的核心——负责听觉转导的离子通道的分子特征。

正如汽车失灵有缺少燃料、方向盘失灵、轮胎爆胎等多种可能原因，听觉转导通道也有众多的候选基因，都有可能影响听觉转导，这其中就包括TMC1和TMC2基因。

闫致强介绍，TMC1和TMC2最早在听障患者中被发现，它们是毛细胞机械转导电流所必需的蛋白，位于发生机械转导的静纤毛尖端，且均在毛细胞中表达。

早前的研究已经通过遗传学方法阐释了编码跨膜通道样蛋白的TMC1与TMC2基因对小鼠听力的重要性。

离子通道是各种无机离子跨膜被动运输的通路，被动运输顺离子浓度梯度从高向低流；而门控像开关门一样，有一个把关的过程。“什么时候打开门、打开门让什么物质进入，这是门控的两个特性。”闫致强说。

进行脂质体重组研究人员发现，TMC蛋白在培养的细胞中表达时，难以被运输到细胞膜上，导致其电生理特征难以被正常记录。

为克服这一技术难题，他们另辟蹊径，将纯化所得的TMC1和TMC2蛋白质进行脂质体重组，体外探究TMC蛋白质是否确实作为离子通道发挥功能。

“简单理解，脂质体重组就是我们运用人工的方法制作一个‘细胞’，它拥有和细胞同样的双层膜结构，然而又不同于真正的细胞，因此就称其为脂质体重组。”闫致强说。为进行体外重建，团队使用正交筛选，通过基于荧光检测体积排阻色谱的热稳定性检验（FSEC-TS），筛选了来自21种不同物种的TMC蛋白。其中，来自绿海龟的TMC1（CmTMC1）与来自虎皮鹦鹉的TMC2（MuTMC2）能在昆虫细胞中高纯度表达。

“基因表达是指将来自基因的遗传信息合成功能性基因产物的过程，主要包括转录和翻译等环节。”闫致强说，这好比在不同的地里种麦子，有的产量高、有的产量低，有的甚至都长不出来，“基因表达类似，也分高表达、低表达和不表达的情况。做实验时我们希望表达量高、纯度好”。

明确听觉转导的离子通道研究人员发现TMC蛋白的确具有离子通道活性，表现为外加电压能够造成蛋白孔道自发打开，产生电流。通过使用高速压力钳对重组CmTMC1和MuTMC2通道施加压力，他们发现二者均可以直接响应机械力，且响应电流强度与单通道打开概率随所施压力增加而增加。

同时，研究者基于导致小鼠失聪的Tmc1突变体蛋白，构建了数个保守氨基酸突变的CmTMC1点突变蛋白。体外脂质体重建与功能性实验表明，这些突变体蛋白或具有离子通道活性缺陷，或具有机械响应缺陷。虽然团队的研究主要集中于CmTMC1和MuTMC2，但其与小鼠的TMC1和TMC2蛋白具有高度进化的保守性。

“也就是说，基本可以认为在CmTMC1和MuTMC2发现的研究结果，同样适用于小鼠的TMC1和TMC2蛋白。在这方面，小鼠与人是非常相似的。这表明在哺乳动物中，TMC1/2很可能也是离子通道，并且同样能够响应机械力。

此外，TMC1/2还与人类听力损伤密切相关。”闫致强补充说。“研究明确了听觉转导的离子通道，在医学研究方面，有助于进一步探索听觉受损的治疗机制，治疗案例的累积也能帮助发现新的突变。”闫致强表示，团队还将在新生儿听力遗传缺陷的机理研究及其预防、诊断和治疗方面继续做出努力。