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

冷凍電鏡 (cryo-EM) 包含一系列技術，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合物進行單顆粒分析。納米盤的脂質結構模仿了細胞膜的形態(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。由于圖像可以被分類和分組，離子通道的不同構象可以被分離出來，并單獨進行分析和重構，以獲得不同構象的結構。

冷凍電鏡的分辨率和質量足以展現激動劑和拮抗劑分子與離子通道的結合，揭示了潛在治療受體的精確位置和構象。以下是制藥公司利用冷凍電鏡技術研究離子通道、推進基于結構的藥物設計的幾個例子：

上述研究成果表明，冷凍電鏡在解決長期疑難問題——膜結合蛋白的結構和功能方面上有著巨大潛力?，F在有越來越多采用冷凍電鏡測定的離子通道結構出現在蛋白質數據庫中，這表明研究人員對于該技術的興趣和使用都在不斷增加。基于結構的藥物設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：蛋白質數據庫（2020 年 9 月 10 日）