西湖大学生命科学学院传来重大科研进展：由卢培龙研究员领衔的团队与李波教授团队联合攻关，在蛋白质设计领域取得两项全球首创成果——成功实现电压门控阴离子通道的精准从头设计，并首次完成人工离子通道蛋白的动物体内功能验证。这项突破性研究已发表于国际顶级期刊《细胞》。
离子通道作为细胞膜上的关键功能元件，广泛存在于神经、肌肉等各类细胞表面。这类天然蛋白如同精密的"分子开关"，既能感知膜电位变化，又能选择性放行特定离子。"就像机场安检闸机，既要准确识别通行权限，又要确保运输效率。"卢培龙形象地解释道。但人工设计具有完整功能的电压门控离子通道，此前国际上尚无成功先例。
研究团队面临的挑战堪称"三重难题"：首先要构建能稳定嵌入细胞膜的跨膜结构，其次需开发电压响应的"闸控"机制，最终要实现离子的选择性通透。这种从静态结构到动态功能的跨越，相当于让设计的蛋白质"活"过来。
创新解决方案始于对通道骨架的重新设计。通过融合传统计算蛋白设计与前沿深度学习技术，研究人员构建出独特的五聚体跨膜架构。从膜平面观察，五个亚基呈放射状排列宛如紫荆花瓣；从侧面看，通道内腔形成"倒漏斗"结构，为后续功能实现奠定了空间基础。
突破性进展出现在"闸机"组件的设计环节。研究团队在通道关键位点精准布置三层精氨酸残基，这些带正电的氨基酸既作为电压传感器感知电位变化，又构成离子筛选的"化学滤网"。实验数据显示，当膜电位达到40毫伏阈值时，通道电流呈指数级增长，且对阴离子表现出高度选择性，阳离子则被完全阻隔。
功能验证阶段，研究团队与李波教授神经生物学团队展开跨学科合作。将人工设计的离子通道植入小鼠大脑神经元后，观测到神经元放电频率显著下降，证明该蛋白能在真实生理环境中有效调控细胞活动。这种从分子设计到动物实验的完整验证，在蛋白质设计领域尚属首次。
"这项成果标志着蛋白质设计从静态结构迈向动态功能的新纪元。"卢培龙指出，通过精确控制离子通道的开关特性，未来有望开发出针对癫痫、疼痛等神经系统疾病的新型生物药物。研究团队正在优化通道的电压响应范围和离子选择性，为临床转化做准备。
