作為膜蛋白，離子通道對傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析技術(shù)（如 X 射線晶體學(xué)）有一定的挑戰(zhàn)。首先，這些復(fù)合物往往（至少部分）依靠膜來維持它們的結(jié)構(gòu)，而將它們分離出來進行結(jié)晶會破壞它們的原始狀態(tài)。更關(guān)鍵的是，離子通道的不同構(gòu)象對藥物研發(fā)至關(guān)重要，因為它們揭示了離子通道的結(jié)合點以及過渡狀態(tài)。任何無法區(qū)分這些構(gòu)象的研究方法，都難以基于結(jié)構(gòu)進行藥物設(shè)計。

冷凍電鏡 (cryo-EM) 包含一系列技術(shù)，包括單顆粒分析、冷凍電子斷層掃描和微電子衍射。在離子通道的研究中，冷凍電鏡對嵌入納米盤中的通道蛋白復(fù)合物進行單顆粒分析。納米盤的脂質(zhì)結(jié)構(gòu)模仿了細(xì)胞膜的形態(tài)，有助于保持離子通道的原始狀態(tài)。冷凍電鏡從不同角度對數(shù)以千計的樣品顆粒進行成像，然后對這些二維圖像進行三維重構(gòu)。由于圖像可以被分類和分組，離子通道的不同構(gòu)象可以被分離出來，并單獨進行分析和重構(gòu)，以獲得不同構(gòu)象的結(jié)構(gòu)。

冷凍電鏡的分辨率和質(zhì)量足以展現(xiàn)激動劑和拮抗劑分子與離子通道的結(jié)合，揭示了潛在治療受體的精確位置和構(gòu)象。以下是制藥公司利用冷凍電鏡技術(shù)研究離子通道、推進基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計的幾個例子：

上述研究成果表明，冷凍電鏡在解決長期疑難問題——膜結(jié)合蛋白的結(jié)構(gòu)和功能方面上有著巨大潛力?，F(xiàn)在有越來越多采用冷凍電鏡測定的離子通道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫中，這表明研究人員對于該技術(shù)的興趣和使用都在不斷增加?；诮Y(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計不僅僅是跟隨這一趨勢，更多地指引了這一趨勢，其新研究成果將為下一代治療方法提供參考。

來源：蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫（2020 年 9 月 10 日）