离子通道的分子药理学 1
膜片钳技术与离子通道药理学
膜片钳在药理学研究中的应用
膜片钳技术不仅对于细胞生物学领域的 发展以及对于阐明各种疾病的机制具有革 命性意义，而且开辟了一条探索药物作用 机制和发展新的更为有效药物的途径。正 如 诺 贝 尔 基 金 会 在 颁 奖 时 所 说 :“Neher 和 Sadmann的贡献有利于了解不同疾病机理, 为研制新的更为特效的药物开辟了道路” 。
药理学研究： 研究的药物，阻断剂、激动剂 或其它调制因素对通道活动的影响情况。
综合分析得出最后结沦．
膜片钳技术的优点
膜片钳技术实现了小片膜的孤立和高阻封 接的形成，由于高阻封接使背景噪声水平 大大降低，相对地增宽了记录频带范围， 提高了分辨率。另外,它还具有良好的机械 稳定性和化学绝缘性。而小片膜的孤立使 对单个离子通道进行研究成为可能。
膜片钳技术与离子通道药理学
（Patch clamp techniques & Ion channel pharmacology）
马腾飞
药理教研室
1991 Nobel基金会的颁奖评语：
膜片钳技术点燃了细胞和分子水平 的生理学研究的革命之火，为细胞生理 学的研究带来了一场革命性的变化，它 和基因克隆技术并驾齐驱，给生命科学 研究带来了巨大的前进动力。
OUTLINE
1、细胞电生理学 2、膜片钳技术及其应用 3、离子通道药理学
细胞电生理学 Electrophysiology
离子、离子通道
细胞兴奋
生物电信号
细胞电生理学
测量
细胞电生理学：揭示细胞的生理过程，用电 生理方法记录生物电活动
膜的“流动镶嵌模型”
细胞膜和离子学说建立（Hodgkin，et al . 1946年 ）
膜片钳实验室基本设备
离子通道概述
离子通道概述离子通道是神经、肌肉、腺体等许多组织细胞膜上的基本兴奋单元。
它们产生和传导电信号，具有重要的生理功能。
由于生物物理学和分子生物学的迅速发展，新的研究技术包括膜片钳技术、分子克隆及基因突变技术等的广泛应用，人们开始从分子水平来解释离子通道的孔道特性、动力学过程结构与功能的关系以及功能的表达和调节等。
第一节离子通道的分类离子通道必须能够开放和关闭才能实现其产生和传导电信号的生理功能。
至尽为止离子通道还没有一个系统的分类法。
1、按激活机制划分：①.电压门控性通道(Voltage-gated channel)或电压敏感性通道、电压依赖性通道、电压操作性通道。
其开、关一方面由膜电位（电压依赖性）所决定，另一方面与电位变化的时间有关（时间依赖性）。
这类通道在维持兴奋细胞的动作电位方面起重要作用。
如Na、K、Ca、Cl 通道等。
②.化学门控性通道或递质敏感性通道(Transmitter-sensitive channels)、递质依赖性通道、配体门控性通道(Ligand-gated channel)其开、关取决于与该通道相耦联的受体的状态，直接受该受体的配体的调控。
如Ach激活的K+通道，突触后膜的受体离子通道，谷氨酸受体、甘氨酸受体、Υ-氨基丁酸受体等。
③.感觉受体通道(Sensory-receptor channels)分布于精细的膜结构上或神经末梢上。
许多感觉末梢很小，故任何对代谢或细胞外介质产生的微小干扰都会很快导致膜内物质浓度的变化。
这类通道无特异阻断剂，对离子选择性很差，阳离子或阴离子均可通过。
感觉受体有两类：一类是受刺激后受体本身作为通道直接开或关。
另一类则要经过第二信使，才能使通道开或关。
某些神经递质可以影响电压门控性通道，而某些化学门控性通道也受膜电位的影响，形成离子通道的“双闸门机制”。
2、按门控的特点来划分①三门控性通道、②双门控性通道(I Na、I to、I si)、③单门控性通道(I k、I f)、④无门控性通道(I k1、I b)。
l型钙离子通道
l型钙离子通道L型钙离子通道（L-type calcium channel）是一种离子通道，主要通过计算机模拟、离子流测量以及基因敲除等方法被研究。
它起到了调节神经元动作电位和肌肉收缩的重要作用，尤其是心脏肌肉细胞的收缩中。
本文将对L 型钙离子通道的结构和功能进行详细阐述，以及对其在医学和药理学领域的应用做出简要介绍。
1. 结构：L型钙离子通道是一种多亚单位的离子通道，由α1、α2、β和γ等次单位组成。
其中，α1次单位是最重要的，包含四个区域（S1-S4）和一个带有钙离子结合位点的P/Q/C区域。
α2、β和γ次单位则是辅助亚单位，通过分子交互作用和离子通道形成整体。
2. 功能：L型钙离子通道主要作用于心肌细胞，调节肌肉细胞的收缩。
它与肌纤维相应的Ca2+离子释放通道RyR形成复合物，并通过大量钙离子流入心肌细胞，增加心肌细胞的内钙离子浓度，从而触发心肌细胞的收缩反应。
此外，它还通过调节神经元动作电位，参与神经传递和突触传奇，影响机体内多种重要的生理过程。
3. 应用：针对L型钙离子通道的药物在心血管疾病治疗中具有重要的作用。
例如，卡地欣（Nifedipine）是一种广泛应用于心脏病、高血压、心绞痛等疾病治疗的L型钙离子通道阻滞剂。
它能抑制肌细胞内的钙离子进入细胞，减少心脏压力，降低心肌氧耗，从而达到降低血压和治疗心血管疾病的目的。
总之，L型钙离子通道是一种重要的离子通道，在人体内的功能和机制十分复杂。
其与钙离子释放通道形成的复合物能够调节多种生理过程，并在医学和药理学领域得到了广泛的应用。
未来，随着研究方法和技术的发展，人们将会更多的关注L型钙离子通道在各种生理和病理状态下的变化，以便更好地治疗相关疾病，为健康服务。
生物体内离子通道的结构与机制
生物体内离子通道的结构与机制离子通道是一种重要的生物分子，它们能够在生物体内调节离子的流动，从而影响神经传导、肌肉收缩、内分泌和代谢等生命活动。
离子通道广泛存在于细胞膜上，以不同的方式调节离子的通透性，包括电压门控通道、配体门控通道、机械门控通道等。
本文将重点探讨离子通道的结构与机制。
1. 离子通道的结构离子通道是由蛋白质组成的，其主要结构包括跨膜螺旋、内环、外环、膜域等四部分。
其中跨膜螺旋是离子通道最为基本的结构，它主要由多个膜螺旋结构组成，并通过水分子形成离子通道的中心孔道。
内环和外环则分别位于离子通道的内外侧，它们起到调节离子通道开关的作用，可以是电压门控或配体门控。
膜域则是离子通道膜螺旋的一部分，使离子通道嵌入细胞膜并稳定其位置。
另外，离子通道的膜螺旋通常具有数个不同的氨基酸残基。
这些残基对于离子的选择性、传导能力和门控特性都至关重要。
在电压门控通道中，某些氨基酸残基通过改变电场分布来影响通道的开放和关闭；在配体门控通道中，则是特定的信号分子与通道结合，从而导致通道的开放和闭合。
2. 离子通道的机制离子通道的机制广泛应用于生理学和药理学研究中。
离子通道的开放和关闭是通过不同的机制实现的。
其中，电压门控通道的开放和关闭受到细胞膜电位的控制，当细胞膜内外电位差达到一定程度时，离子通道发生构象变化从而开放或关闭。
配体门控通道则是通过特定的信号分子在离子通道上的作用来控制它们的开放和关闭。
离子通道的选择性是指不同通道具有不同的离子选择性。
这是由于离子通道中的氨基酸残基对离子的尺寸和电荷具有不同的偏好性造成的。
大多数离子通道通过尺寸选择性来排除过大或过小的离子，而电荷选择性则由离子通道的环境和残基之间的相互作用决定。
另外，离子通道的通道倍数也是其重要特征之一。
许多离子通道形成多个具有相同结构和功能的倍体，从而增加了离子通道的通透性和灵敏性。
例如，钠离子通道常常是四个亚基构成的四面体结构，而钙离子通道则是膜上两个钙离子通道蛋白结构相互缠结的形式。
18-离子通道药物
第四篇心血管系统及血液系统药理学第十八章离子通道药物离子通道是细胞膜中的蛋白质分子，其结构是具有高度选择性的亲水性孔道，对特定离子选择性通透，其功能是细胞生物电活动的基础。
药物通过改变离子通道对离子的通透作用，对细胞电生理活动产生影响，并进而产生相应的生理或药理效应。
目前临床上使用的调节离子通道的药物主要是钙通道阻滞药、钠通道阻滞药、钾通道调控剂，它们分类如下：局部麻醉药：利多卡因、丁卡因、布比卡因抗癫痫药：苯妥英钠Ⅰ类抗心律失常药：奎尼丁、利多卡因、普罗帕PAAs）：维拉帕米、加洛帕米卓类（BTZs）：地尔硫卓DHPs）：硝苯地平、尼莫地平磺酰脲类降糖药：格列本脲、格列齐特新Ⅲ类抗心律失常药：索他洛尔、多非利特科研工具药无机离子：Cs+、Ba2+有机化合物：TEA、4-AP多种毒素：蝎毒、蛇毒、蜂毒苯并吡喃类：克罗卡林吡啶类：尼可地尔嘧啶类：米诺地尔氰胍类：吡那地尔苯并噻二嗪类：二氮嗪硫代甲酰胺类：RP258911,4-二氢吡啶类：niguldipine一、钙通道及其阻滞药 1．电压依赖钙通道表18-1 电压依赖钙通道的分类、特性及阻滞剂L 肌肉,神经 长 高 较大 维拉帕米, DHPs, C a 2+ T 心脏,神经 短 低,迅速失活小 氟桂嗪, sFTX,.Ni 2+ N 神经 短 高 ω-CTX-GVIA, C d 2+ P 小脑浦氏细胞 长 高 ω-CTX-MVIIC ω-Aga-IVAQ 小脑颗粒细胞R神经注：DHPs ：二氢吡啶类；sFTX ：合成的蜘蛛毒素；ω-CTX ：ω-芋螺毒素；Aga-IVA ： 一种蜘蛛毒素表18-2 L-型钙通道阻滞药的作用机制2．受体调控钙通道表18-3 受体调控钙通道的分类、分布及激动剂Ryanodine 受体 （RYR ）RY 1：骨骼肌RYR RY 2：心肌RYR RY 3：脑RYR 骨骼肌、心肌、平滑肌、脑、内分泌细胞、肝和成纤维细胞咖啡因 外钙内流 [Ca 2+]i ↑IP 3受体 （IP 3Rs ）IP 3R 1* IP 3R 2 IP 3R 3心肌传导组织 心肌闰盘组织IP 3注：*三种亚型中的主要Ca 2+释放通道维拉帕米 地尔硫卓L-型钙通道 细胞膜内侧 与激活态钙通道结合→促使通道转化为失活态与失活态或静息态通道结合→阻止通道向激活态转化 维拉帕米作用具有频率依赖性硝苯地平 L-型钙通道 细胞膜外侧与失活态通道结合→↑失活后恢复时间 电压依赖性→血管选择性（尤其病变血管）3. 钙通道阻滞药的药理作用、临床应用和不良反应图18-1 钙通道阻滞药的药理作用及其相关的应用和不良反应4. 钙通道阻滞药的临床常规用药原则表18-4钙通道阻滞药的临床常规用药原则 疾病首选药物高血压重：二氢吡啶类中、轻：维拉帕米或地尔硫卓并发冠心病 硝苯地平 并发快速型心律失常 维拉帕米 心绞痛变异性心绞痛 硝苯地平 不稳定型心绞痛 维拉帕米、地尔硫卓较好硝苯地平宜合用β-受体阻断药 室上性心动过速 维拉帕米脑血管疾病 尼莫地平 氟桂利嗪二. 电压依赖性钠通道的分类及阻滞剂三. 钾通道的分类、特点及调节药物表18-5 钾通道的分类、特点及调节药物电压依赖钾通道外向延迟整流钾通道（I K ）： ① 快速延迟整流钾通道（I Kr ） ② 缓慢延迟整流钾通道（I Ks ） ③ 超快速延迟整流钾通道（I Kur ）①I Kr 与膜复极相关②I Ks 主要参与3相复极 ③I Kur 是心房复极重要电流 钾通道阻滞药： 新Ⅲ类抗心律失常药↓I Kr起搏电流（I f ）非特异性阳离子电流 超极化激活时间依赖性的内向整流电流 窦房结、房室结和希普系统的起搏电流之一 道(K Ca)中电导K Ca （IK Ca ）生理意义不清低电导K Ca （SK Ca ）内向整流钾通道(K IR ））ATP 敏感钾通道（IKATP ）调节代谢分布于骨骼肌、心血管平滑肌、胰腺β细胞、神经细胞、内分泌细胞、肾上腺皮质细胞 参与心肌缺血预适应 参与胰岛素分泌I KATP 开放药：↓血压；磺酰脲类降糖药↓I KATP 生病不可怕，可怕的是不敢承认自己生病了（哈尔滨医科大学 龚冬梅 乔国芬）。
《药理学》第21章离子通道概论及钙通道阻滞药
第一节 离子通道概论
（四）氯通道 氯通道（chloride channels）存在于机体的兴奋性和非
兴奋性细胞膜，其生理作用是在兴奋性细胞稳定膜电位和 抑制动作电位的产生；在肥大细胞等非兴奋性细胞维持其 负的膜电位，为膜外Ca2+进入细胞内提供驱动力。该通道 还在调节细胞体积、维持细胞的内环境稳定中起重要作用。 目前已克隆出至少9种氯通道基因亚型，主要包括电压敏 感氯通道，囊性纤维跨膜电导调节体（CFTR），γ-氨基丁 酸受体氯通道。
第二十一章 离子通道概论及 钙通道阻滞药
Ion Channel and Calcium Channel Blockers
内容提要
1. 离子通道概论
离子通道概念、特性、分类、生理功能、分子 结构及门控机制。
2. 作用于离子通道的药物
① 作用于钠通道的药物 ② 作用于钾通道的药物：
钾通道阻滞药及钾通道开放药
阻滞剂
维拉帕米，DHPs， Cd2+ 氟桂嗪，sFTX， Ni2+
ω-CTX-GVIA， Cd2+ ω-CTX-MVIIC， ω-Aga-IVA
R
神经
注：DHPs：二氢吡啶类；sFTX：合成的蜘蛛毒素；ω-CTX：ω-芋螺毒素； Aga-IVA：一种蜘蛛毒素
第一节 离子通道概论
（三）钾通道 钾通道（potassium channel）是选择性允
吸收
维拉帕米 ＞90％ 口服
生物利用 产生作用时间 t1/2 度
20-35% ＜1.5min（i.v） 6h
30min（口服）
分布
消除
90％与血 7 0 ％ 肾 脏 排
浆蛋白结 出 ； 15% 胃
合
肠道消除
离子通道和跨膜转运的分子机制及其药理学意义
离子通道和跨膜转运的分子机制及其药理学意义离子通道和跨膜转运是细胞中重要的分子机制，它们参与了生命的许多基本过程，如细胞信号传导、神经传递、肌肉收缩和离子平衡等。
离子通道和跨膜转运分子的研究具有重大的药理学意义，它们可以为制定药物设计提供新的思路和方向，同时也为药物研发提供了目标靶点。
本文将重点介绍离子通道和跨膜转运的分子机制以及它们在药物设计方面的应用。
一、离子通道的分子机制及其药理学意义：离子通道是细胞膜上孔径大小很小的蛋白质通道，它们可以选择性地让离子通过，并且它们的通透性能够非常高。
离子通道的选择性主要由其通道结构和功能区域决定。
对于许多细胞的特定功能来说，离子通道是非常重要的。
比如说，钙离子通道会在神经传递和肌肉收缩中发挥作用，而钠离子通道和钾离子通道则发挥着在神经传递中的重要作用。
在药理学中，离子通道在制定药物设计方面发挥了关键作用。
许多疾病和病症可以通过开发针对离子通道的药物得到有效治疗。
例如，心律失常的治疗药物就是通过调整心脏细胞中钠离子通道、钾离子通道和钙离子通道的活动来发挥作用的。
此外，离子通道的调节还可以被用于控制疼痛，治疗癫痫等诸多方面。
二、跨膜转运的分子机制及其药理学意义：跨膜转运蛋白是细胞膜上的蛋白质，它们主要负责向细胞外或细胞内传输物质，包括离子、氨基酸、糖类和药物等。
跨膜转运蛋白分为主动和被动两种。
主动转运蛋白需要消耗细胞能量(ATP)，将物质从低浓度的地方转移到高浓度的地方。
而被动转运蛋白则只是依靠物质的浓度梯度来进行运输。
跨膜转运蛋白对于维持细胞内外离子平衡和营养物质的吸收非常重要。
在药理学中，跨膜转运蛋白的研究也非常重要。
药物的吸收、分布和代谢都与跨膜转运蛋白有关。
例如，化疗药物由于被运输蛋白限制的缘故，其中许多药物的选择性很强，因此需要合理地设计药物以绕开这些限制，从而提高化疗药物的作用。
三、离子通道与跨膜转运的结合：离子通道和跨膜转运蛋白的结合在许多生命过程中都起重要作用。
Part3-2-神经生物物理-离子通道
离子通道在组织间的分布 原位杂交，RT-PCR，免疫组化
离子通道与疾病 及治疗
离子通道药物 结构与功能的关系
离子通道基因突变的检测基因治疗 特异的阻断剂和开放剂等，作用位点 离子通道的异源表达，电生理
通道三维结构
通道蛋白的制备，晶体衍射等
32
离子通道的异源表达方法
H+ channel
称呼：电压依赖性K+ 通道 KV ATP敏感的K+ 通道 KATP 内向整流型K+通道 KIR (Inward rectifier potassium channel)
45
§2.3 电压门控的离子通道
一 门控过程：
46
二 闸门电流 (gating current)
是指在外部电场作用下，电压依赖性通道口或其附 近的带电闸门颗粒移动所产生的非对称电流，这些 闸门颗粒决定通道的开闭。目前，与电压依赖性钠 通道、钾通道、 钙通道开放有联系的闸门电流可 测量，并发现某些药物能改变闸门电流，说明其对 闸门机制有影响。
26
几种patching方法： attached outside-out inside-out
whole cell
Difference between Patch-clamp and voltage-clamp
27
下面请观看一段自动化膜片钳技术实施方法的视频
28
二、离子通道药理学 通道特异性的开放剂和阻断剂
channel 的 Inactivation 状态。
52
四 电压门控的离子通道基本的分子结构：
4 subunits (K+ channel) or 4 domain (Na+ channel and Ca 2+ channel) make up each channel Each subunit (domain) contain 6 transmembrane α- helix segments S1-S6
离子通道蛋白的生理学研究及其药理学应用
离子通道蛋白的生理学研究及其药理学应用离子通道蛋白是一类存在于生物体内细胞膜中的蛋白质分子，它们能够调节细胞内离子的通透性，进而对细胞功能产生重要影响。
离子通道蛋白在人类生理学以及药理学研究中具有重要作用。
下面将就其相关问题展开探讨。
一、离子通道蛋白的分类和功能离子通道蛋白可分为离子门控通道、配体门控通道、压力感受通道等多种类型。
离子门控通道是最典型的类型，在动作电位传导、心脏搏动、调节血压等方面具有重要作用。
离子通道蛋白作为转导细胞内外物理、化学刺激信号行为的重要分子，通过打开、关闭、或者调节离子通透性，对细胞内外环境的相互调节起到了关键的作用。
比如，钠离子通道是心肌细胞动作电位传导的关键，与人类心脏疾病相关密切。
二、离子通道蛋白的研究历程离子通道蛋白的研究历程可以追溯到20世纪60年代，当时科学家们逐渐开始关注细胞膜对离子的选择性通透现象。
随之研究者发现了一类特殊的离子通道蛋白，它们能够在控制离子通透性的同时保持对离子通透的选择性。
20世纪90年代离子通道蛋白得到重要突破性发展，科学家们首次成功克隆并研究了一些膜蛋白结构的电生理特性。
这一进展不仅在科学上极为重要，同时也开创了许多相关的药物开发应用。
三、离子通道蛋白在药物开发中的应用离子通道蛋白在药物研发领域中的应用颇为广泛。
诸多药物作用机制与离子通道蛋白的调节作用息息相关。
比如，钙通道阻滞剂是一类常用的心血管类药物，能够有效阻止钙离子进入心肌细胞，以达到降低心肌收缩力的目的。
此外，炎症性肠病也是近年来离子通道蛋白药物研究的热点，通过对离子通道蛋白的调节可以控制肠道上皮细胞的离子通透性，从而缓解患者的炎症症状。
四、离子通道蛋白的医学前景离子通道蛋白的医学前景十分广阔，研究者们一直在挖掘着它的潜在疗效。
目前已有部分离子通道蛋白药物进入了临床应用阶段，如类A受体，在重型癫痫的治疗上取得了重要进展。
对于严重疾病，如晚期癌症，人工离子通道蛋白的设计和制造也成为了一种研究方向。
离子通道概论及钙通道阻滞药 循环系统药物 药理学
钠离子通道
电压依赖性
钾离子通道
分类：
电压依赖性K＋通道：IK、Ito、If Ca2＋依赖性K＋通道: I K.Ca 内向整流K＋通道： IK1、 IKATP IkAch
激活、失活速度快，参与1期复极， 影响动作电位的形状和时程。
受体激动剂、cAMP、PDE抑制剂、 [Ca2+]i等通过PKA、PKC增加I中IK， 缩短动作电位时程。
第四篇 循环系统药物药理学
第一节 离子通道概论
离子通道(ion channels)
定义：是细胞膜或脂质双分子层膜上的跨膜蛋白
质分子构成的对某些离子具有高度选择性通透能力 的亲水性孔道。
离子通道特性
➢离子选择性
K +、Na+ 、 Ca2+、Cl-
➢门控性
(关闭态)
(激活态)
（Ca2+通道的三种状态和门控）
III类 地尔硫卓类：地尔硫卓
（二）非选择性钙拮抗剂
IV类 氟桂利嗪类：桂利嗪，氟桂利嗪 V类 普尼拉明类：普尼拉明 VI类 其他类 ：派克昔林，苄普地尔
（三）钙通道阻滞药的作用机制
（苯烷胺类 和地尔硫卓类）
（二氢吡啶类）
作用特点：
1.电压依赖性 2.频率依赖性
（Ca2+通道的三种状态）
作用机制：钙通道阻滞药与开放态/失活态的亲和力高，可 降低通道开放的频率，延长通道处于失活态的时间。
58
norverapam il
20 ~ 30%
Renal excretion (%)
70
Diltiazem
>90 45 85 50 ~ 200
离子通道
第三章离子通道
心肌电生理学
第三章离子通道
•前 言
虽然离子通道具有多样性，但其功能作用 的基本的分子问题是相同的：离子通道是怎 样构造的，它们是怎样进行离子的跨膜运动， 它们的特异性的基础是什么，它们是怎样被 调节的？现在，人们已经有能力从分子水平 来解释分离能道的孔道特性、动力学过程、 结构与功能的关系以及功能的表达和调节等。
心肌电生理学
生命离不开水，大多数对生命来
说至关重要的物质都是水溶性的，比 如各种各样的离子、糖类等。这就带 来了一个基本的问题，它们要进入细 胞就必须越过细胞膜内部亲脂的基团， 而这并不容易。
反之，对于生命活动中所产生的不 需要的水溶性废物要出去，也同样困 难。有人说生命就是一场游戏，不过 只有胜利者才能继续玩下去。
心肌电生理学
•前 言
目前，由于研究工作 的进展，无论从心脏的临 床研究或基础理论研究。 若想了解心脏兴奋及其传 导的生理学、病理学以及 药理学，如果离开对离子 通道特性的理解，将无法 深入。而从基础研究的角 度来看，避开离子通道的 研究进展，则工作难以进 行，至少无法深入。因此 对离子通道及其特性的了 解是十分重要的。
1、时间依赖性通道（INa、ICa、Ik、If） 2、非时间依赖性通道（Ik1、Ib、Ip）
心肌电生理学
第三章离子通道
• 第一节 离子通道的分类
四、按有无时间依赖性划 分
1、时间依赖性通道（INa、Isi、Ik、If） 2、非时间依赖性通道（Ik、Ib、Ip）
心肌电生理学
第三章离子通道
第二节 离子通道的基本生物物理学特性 一、离子选择性
很显然，如果谁能够率先加速这些 物质进出细胞，谁就有了生存的优势。
而最简单的方法就是在细胞膜上安 一个门，给水溶性的物质提供一个专 门的通道。对于那些专门用来帮助离 子进出细胞的通道，我们就称之为 离子通道。
离子通道的分子药理学-1
第一节 离子通道研究简史
1902年，Bernstein提出了细胞生物电产生 的膜学说。
即细胞膜在静息状态下只对钾有通透性， 由于钾离子扩散到膜外，细胞膜两侧出 现了内负外正的极化状态，表现为静息 电位（resting potential）。
动作电位（action potential）则是膜对其他 离子通透性一过性的升高，导致膜两侧 电位差瞬间消失。
高）；其V50为-20mV；Vh为-50mV。 第三类：
心肌类钠离子通道（对TTX和GTX敏感）；
V50为-20mV；Vh为-70mV。 他们又根据电压依赖性和对TTX的敏感性不
同分为：
持久（慢）钠通道
瞬时（快）钠通道。
心肌类钠通道类型和特征
通道 激活电压 失活速度 功能 敏感药物
慢钠通道
高
神经系统突触
抑制神经兴 奋性
激活剂
钙、钙调素激 苯二氮卓类、
酶、
巴比妥类
（四）钾离子通道
特征：
广泛存在于各组织器官；类型最多；作 用最复杂；是调节平滑肌舒缩活性的主 要离子通道。
钾离子通道分为电压门控类、钙敏感类、 受体耦联类、内向整流类和其他类。
电压门控类钾通道影响细胞膜的动作电 位，内向整流型钾通道影响细胞膜的静 息电位。
可被Ba2+阻滞，对四氢吡啶类和黄酰脲类药 物不敏感。
2.钙敏感类钾离子通道(Kca,IK(Ca)) 去 使极之化开和放提，高K+[因Ca而2+]外I浓流度使均膜可复激极活化该或通超道极而
化。在血管平滑肌，该通道调节其肌原性 张力。
3. 受体耦联类钾离子通道
为一类离子型受体（ionotropic receptor）或离子 通道受体（ion channels receptors）,即受体分子 中含有容许离子通过的微孔道。受体被激活 时，其构象变化而通道开放。
细胞膜钙离子通道的药理学研究及药物开发策略
细胞膜钙离子通道的药理学研究及药物开发策略细胞膜钙离子通道是细胞内外信号传递的重要通路之一，通过这一通道，离子（主要是Ca2+）可以进出细胞内部，调节各种细胞活动。
因此，细胞膜钙离子通道的研究和药物开发一直是生物医学领域的一个热点方向。
钙离子通道的分类细胞膜钙离子通道的种类有很多，根据分子结构和功能分类可以分为多种类型，其中包括电压门控钙离子通道（VGCC）、配体门控钙离子通道（LGCC）和TRP通道等。
VGCC是一种通过电压依赖性开启和关闭的钙离子通道，也是最常见的一种。
它的α-亚基包括L型、N型、R型、T型和P/Q型，它们分别在不同的细胞类型中发挥作用，并参与调节胞内钙水平、肌肉收缩等功能。
LGCC是一类通过配体结合开启的钙离子通道，包括去极化活化的LGCC、去极化无效的LGCC和去极化抑制LGCC等多种类型。
TRP通道是另一种非常重要的钙离子通道，它们包括TRPC、TRPV、TRPM、TRPA等的亚型，主要参与感觉神经功能和细胞形态改变等生理过程。
药物靶点与开发策略由于细胞膜钙离子通道在许多生理和病理过程中都有关键作用，因此对其进行调控和干预是开发有效药物的关键。
比如，对VGCC进行药物调控可以用于治疗高血压、心血管疾病、肝癌、神经退行性疾病等多种病症。
对LGCC和TRP通道的药物调控则可以用于治疗神经疼痛、炎症、骨骼肌病等疾病。
药物开发的关键在于寻找细胞膜钙离子通道的理想药物靶点，并开发高效、安全、选择性的化合物。
下面简单介绍几种常用的策略。
1.结构优化细胞膜钙离子通道靶点的化学结构确定之后，可以通过改变分子结构，优化分子亲和力、药效力和选择性等，从而开发出效果更好的药物。
通常，这种方法需要基于结构-活性关系的理论研究，筛选出类似分子中的“母体”结构，然后对其进行改变，比如改变特定的芳环基团、脂肪侧链等，寻找更有活性或者更安全的化合物。
2.药物筛选另一种常用的方法是通过大型筛选实验寻找细胞膜钙离子通道的潜在药物。
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? 2.钠离子通道的分类与功能
? 根据对TTX的敏感性不同分为3类：
? 第一类：
? 神经类钠离子通道（对TTX敏感性高）；
?
又根据其半数最大激活电压（ 压（Vh）不同分为：
V50）和失活电
? 脑型、脊髓被根和三叉神经节细胞型、神经
内分泌和外周神经型、神经细胞和神经胶质
细胞型等。
? 第二类：
? 骨骼肌类钠离子通道（对TTX和GTX敏感性均 ? 高）；其V50为-20mV；Vh为-50mV。 ? 第三类：
? 2003年， 为表彰他们在阐明细胞通过细胞膜 通道蛋白质转运水分子以及盐份离子的研究 中作出的重大贡献，皮特 ·阿格雷和罗德里 克·麦金农分享了该年度诺贝尔化学奖。
? 近20年来的膜片钳技术、蛋白质化学和生物 学技术已给离子通道的研究带来了巨大的革 命性变化。
第二节 离子通道的分类及特点
? 一、离子通道的分类、共性和特点 ? 离子通道（Ion chann）el是细胞膜中的跨 膜
? 动作电位（action potent）ial则是膜对其他 离子通透性一过性的升高，导致膜两侧 电位差瞬间消失。
? 1936年，Young描述了枪乌贼支配其外套膜 肌的巨轴突直径可达1mm。
? 1939年，Hodgkin（霍基肯）和Huxle（y 哈克 斯里）应用这一发现于细胞内膜电位的记录， 并证实动作电位期间膜对钠通透性瞬间增大 远远超过了对钾的通透性，出现了膜电位的 倒转（超射）。
? 1991年，膜片钳技术的创始人Nehe和r Sakmann 因此获得该年度诺贝尔奖。
? 与此同时，钠、钾、钙等电压依赖性通道主 要亚单位的一级构造被纯化、克隆和进行功 能测定，为离子通道的离子电流活动揭示了 结构基础。
? 1998年，麦金农的研究小组第一次成功结晶 了青链霉菌的一种钾离子通道，并用X射线晶 体成像技术获得通道门闭合状态的高分辨结 构。
蛋白质分子，具有选择性的允许适当电荷离 子被动通过的亲水性微孔道。 ? 离子通道一般具有相应闸门，且多处于关 闭 状态。
? 离子通道按启闭闸门动因的不同主要分 ? 为两类： ? （1）电压门控离子通道（voltage-gateiodn
channe）l ? 门控（ gating）：离子通道的开启和关闭
? 同种离子通道又存在不同亚型。 如钾离子通道包括ATP敏感性钾离子通道、 延迟外向型钾离子通道、暂时外向型钾离子 通道；
? 而钙离子通道又分为电压依赖性钙离子通道 和受体操纵性钙离子通道等。
? 他们均具共同特性：选择性，传导性，闸门 作用，化学和电压敏感性。
? 选择性：对某种离子通透有高度选择性。 如钠离子通道选择性的允许Na+通过，而钙 离子通道选择性通透Ca2+。
? 传导性：通道开放状态下通过该通道的 ? 离子数目为传导；通过离子通道的离子 ? 数与不能通过通道的离子数所携带电荷 ? 的比例为传导性（gs）。
? Is=gs(E-Es)gs=Is/(E-Es) ? Is：S离子移动穿过其选择性通道时
所产生的电流。
? gs：离子S的传导性。 ? E：离子跨膜转运时的电位。 ? Es：离子的电化学平衡电位
? 1949年，Cole及Marmon设t 计了电压钳 （voltage clam）p技术，由此开始了膜对离子 通透性的直接测定。
? 该技术经Hodgki、n Huxle和y katz等加以改进， 提出了描述电压门控通道门控动力学过程的 Hodgkin-Huxl模ey型，简称H-H模型。
? 1955年，Hodgki和n Keens利用章鱼巨轴突神经 元进行的动作电位经典实验，证明细胞通过 不同的选择性离子通道来传递电信号。
? 二、离子通道的分子结构及特点
? （一）钠离子通道（sodiumchanne）l ? 选择性允许Na+跨膜通过。主要功能是维 持细胞膜的兴奋性及传导。
? 1.特征：
? （1）电压依赖性，即在去极化达一定水平 开始被激活，通道开放产生内向钠电流 （失I活Na）而关,当闭达；最大效应后，逐渐失活直至完全
离子通道的分子药理学
四川大学基础医学与法医学院 药理室
第一节 离子通道研究简史
? 1902年，Bernstei提n 出了细胞生物电产生 的膜学说。
? 即细胞膜在静息状态下只对钾有通透性， 由于钾离子扩散到膜外，细胞膜两侧出 现了内负外正的极化状态，表现为静息 电位（resting potent）ia。l
? 由此，他们提出了“通道”（channe）l 的概 念。并认为该类通道就是存在于细胞膜上的 某些大分子蛋白质。
? 1963年，Hodgki、n Huxle由y 于上述突eher和) 萨克曼(Sakmann发) 明了单通道记录技术，用于探测离子通道通 透性的细节研究，80年代推出了可记录单个通 道和较小细胞电活动的膜片钳（Patch clam）p 技术。
过程称为门控。
? 该类通道因膜电位变化而开启或关闭， 按最容易通过的离子命名；
? （2）化学门控离子通道（chemically? gatedion channe）l ，由递质与通道上蛋白
质分子上的结合位点相结合而开启，按 递质或受体命名。
? 目前，公认的离子通道有钾离子通道、钠离 子通道、钙离子通道、氯离子通道等。
? 闸门作用 ：离子通道的闸门位于细胞膜内侧， 他决定该通道允许离子通过该通道的能力。
? 闸门可为激活状态（激活闸门），也可为失 活状态（失活闸门）。前者指受到刺激后通 道的开放；后者指受到刺激后通道关闭。
? 化学和电压敏感性 ：开放和关闭状态的离子 通道对化学递质或电压敏感性有不同，因而 按照启闭闸门动因的不同分为前述两类。
? （2）对Na+高度选择性，只允许Na+通过； ? （3）激活和失活速度快，前者1ms，后者
10ms内完成；
? （4）有特异性激活剂和阻滞剂，树蛙毒素 （batrachotox，inBTX）和木藜芦毒素
(grayanotox，inGTX为) 其激活剂， 河豚毒素（tetrodotox，in TTX）和哈蚌毒素 （saxitoxi，n STX）为其阻滞剂。