■本報記者黃辛 通訊員肖暖暖

聽覺不僅與人們?nèi)粘Ｉ�活緊密相關(guān)，也是科學(xué)領(lǐng)域的重要研究問題之一。亞里士多德定義的五種感官中，介導(dǎo)嗅覺、味覺、視覺、觸覺的受體基因已被相繼確定。但是，聲音感知的核心問題——負(fù)責(zé)聽覺轉(zhuǎn)導(dǎo)的離子通道是由哪個基因編碼的，一直是個謎。

復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授閆致強(qiáng)團(tuán)隊(duì)、服部素之團(tuán)隊(duì)與東京大學(xué)教授濡木理團(tuán)隊(duì)合作，最終確認(rèn)了TMC1/2為位于耳蝸毛細(xì)胞中的真正的聽覺轉(zhuǎn)導(dǎo)離子通道，解決了困擾聽覺領(lǐng)域近40年的問題。日前，相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《神經(jīng)元》。

聽覺轉(zhuǎn)導(dǎo)中的未解之謎

人類對聲音的感知始于內(nèi)耳中的柯蒂氏器�？碌偈掀髦泻�有超過16000個毛細(xì)胞，而將聲音由機(jī)械信號轉(zhuǎn)換為電信號的機(jī)械傳導(dǎo)通道被認(rèn)為位于呈階梯狀排列的毛細(xì)胞發(fā)束上。約40年前，科學(xué)家記錄了聽覺毛細(xì)胞的聽覺轉(zhuǎn)導(dǎo)電流，然而經(jīng)過多年的研究，負(fù)責(zé)聽覺轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子卻一直未能確定，成為聽覺領(lǐng)域一個亟待解決的重要問題。

正如汽車失靈有缺少燃料、方向盤失靈、輪胎爆胎等多種可能原因，聽覺轉(zhuǎn)導(dǎo)通道也有眾多的候選基因，都有可能影響聽覺轉(zhuǎn)導(dǎo)，這其中就包括TMC1和TMC2基因。

閆致強(qiáng)介紹，TMC1和TMC2最早在耳聾患者中被發(fā)現(xiàn)，它們是毛細(xì)胞機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)電流所必需的蛋白，位于發(fā)生機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)的靜纖毛尖端，且均在毛細(xì)胞中表達(dá)。早前的研究已經(jīng)通過遺傳學(xué)方法闡釋了編碼跨膜通道樣蛋白的TMC1與TMC2基因?qū)π∈舐犃Φ闹匾�性�?/p>

“通過之前的研究我們知道，小鼠中TMC1突變會改變其機(jī)械敏感電流的特性。但是TMC1和TMC2蛋白是否是離子通道以及是否為機(jī)械力門控卻一直不清楚。”閆致強(qiáng)說。

離子通道是各種無機(jī)離子跨膜被動運(yùn)輸?shù)耐�路，被動運(yùn)輸順離子濃度梯度從高向低流；而門控像開關(guān)門一樣，有一個把關(guān)的過程。“什么時候打開門、打開門讓什么物質(zhì)進(jìn)入，這是門控的兩個特性。”閆致強(qiáng)說。

另辟蹊徑進(jìn)行脂質(zhì)體重組

研究人員發(fā)現(xiàn)，TMC蛋白在培養(yǎng)的細(xì)胞中表達(dá)時，難以被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞膜上，導(dǎo)致其電生理特征難以被正常記錄。為克服這一技術(shù)難題，他們另辟蹊徑，將純化所得的TMC1和TMC2蛋白質(zhì)進(jìn)行脂質(zhì)體重組，體外探究TMC蛋白質(zhì)是否確實(shí)作為離子通道發(fā)揮功能。

“簡單理解，脂質(zhì)體重組就是我們運(yùn)用人工的方法制作一個‘細(xì)胞’，它擁有和細(xì)胞同樣的雙層膜結(jié)構(gòu)，然而又不同于真正的細(xì)胞，因此就稱其為脂質(zhì)體重組。”閆致強(qiáng)說。

為進(jìn)行體外重建，團(tuán)隊(duì)使用正交篩選，通過基于熒光檢測體積排阻色譜的熱穩(wěn)定性檢驗(yàn)（FSEC-TS），篩選了來自21種不同物種的TMC蛋白。其中，來自綠海龜?shù)腡MC1（CmTMC1）與來自虎皮鸚鵡的TMC2（MuTMC2）能在昆蟲細(xì)胞中高純度表達(dá)。

“基因表達(dá)是指將來自基因的遺傳信息合成功能性基因產(chǎn)物的過程，主要包括轉(zhuǎn)錄和翻譯等環(huán)節(jié)。”閆致強(qiáng)告訴《中國科學(xué)報》，這好比在不同的地里種麥子，有的產(chǎn)量高、有的產(chǎn)量低，有的甚至都長不出來，“基因表達(dá)類似，也分高表達(dá)、低表達(dá)和不表達(dá)的情況。做實(shí)驗(yàn)時我們希望表達(dá)量高、純度好”。

明確聽覺轉(zhuǎn)導(dǎo)的離子通道

研究人員發(fā)現(xiàn)TMC蛋白的確具有離子通道活性，表現(xiàn)為外加電壓能夠造成蛋白孔道自發(fā)打開，產(chǎn)生電流。通過使用高速壓力鉗對重組CmTMC1和MuTMC2通道施加壓力，他們發(fā)現(xiàn)二者均可以直接響應(yīng)機(jī)械力，且響應(yīng)電流強(qiáng)度與單通道打開概率隨所施壓力增加而增加。

同時，研究者基于導(dǎo)致小鼠失聰?shù)腡mc1突變體蛋白，構(gòu)建了數(shù)個保守氨基酸突變的CmTMC1點(diǎn)突變蛋白。體外脂質(zhì)體重建與功能性實(shí)驗(yàn)表明，這些突變體蛋白或具有離子通道活性缺陷，或具有機(jī)械響應(yīng)缺陷。

雖然團(tuán)隊(duì)的研究主要集中于CmTMC1和MuTMC2，但其與小鼠的TMC1和TMC2蛋白具有高度進(jìn)化的保守性。“也就是說，基本可以認(rèn)為在CmTMC1和MuTMC2發(fā)現(xiàn)的研究結(jié)果，同樣適用于小鼠的TMC1和TMC2蛋白。在這方面，小鼠與人是非常相似的。這表明在哺乳動物中，TMC1/2很可能也是離子通道，并且同樣能夠響應(yīng)機(jī)械力。此外，TMC1/2還與人類聽力損傷密切相關(guān)。”閆致強(qiáng)補(bǔ)充說。

“研究明確了聽覺轉(zhuǎn)導(dǎo)的離子通道，在醫(yī)學(xué)研究方面，有助于進(jìn)一步探索聽覺受損的治療機(jī)制，治療案例的累積也能幫助發(fā)現(xiàn)新的突變。”閆致強(qiáng)表示，團(tuán)隊(duì)還將在新生兒聽力遺傳缺陷的機(jī)理研究及其預(yù)防、診斷和治療方面繼續(xù)做出努力。