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(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。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(xiàn)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(xiàn)在有越來越多采用冷凍電鏡測定的離子通道結構出現(xiàn)在蛋白質數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫（2020 年 9 月 10 日）