西湖大學生命科學學院傳來重大科研進展：由盧培龍研究員領銜的團隊與李波教授團隊聯合攻關，在蛋白質設計領域取得兩項全球首創成果——成功實現電壓門控陰離子通道的精準從頭設計，并首次完成人工離子通道蛋白的動物體內功能驗證。這項突破性研究已發表于國際頂級期刊《細胞》。

離子通道作為細胞膜上的關鍵功能元件，廣泛存在于神經、肌肉等各類細胞表面。這類天然蛋白如同精密的"分子開關"，既能感知膜電位變化，又能選擇性放行特定離子。"就像機場安檢閘機，既要準確識別通行權限，又要確保運輸效率。"盧培龍形象地解釋道。但人工設計具有完整功能的電壓門控離子通道，此前國際上尚無成功先例。

研究團隊面臨的挑戰堪稱"三重難題"：首先要構建能穩定嵌入細胞膜的跨膜結構，其次需開發電壓響應的"閘控"機制，最終要實現離子的選擇性通透。這種從靜態結構到動態功能的跨越，相當于讓設計的蛋白質"活"過來。

創新解決方案始于對通道骨架的重新設計。通過融合傳統計算蛋白設計與前沿深度學習技術，研究人員構建出獨特的五聚體跨膜架構。從膜平面觀察，五個亞基呈放射狀排列宛如紫荊花瓣；從側面看，通道內腔形成"倒漏斗"結構，為后續功能實現奠定了空間基礎。

突破性進展出現在"閘機"組件的設計環節。研究團隊在通道關鍵位點精準布置三層精氨酸殘基，這些帶正電的氨基酸既作為電壓傳感器感知電位變化，又構成離子篩選的"化學濾網"。實驗數據顯示，當膜電位達到40毫伏閾值時，通道電流呈指數級增長，且對陰離子表現出高度選擇性，陽離子則被完全阻隔。

功能驗證階段，研究團隊與李波教授神經生物學團隊展開跨學科合作。將人工設計的離子通道植入小鼠大腦神經元后，觀測到神經元放電頻率顯著下降，證明該蛋白能在真實生理環境中有效調控細胞活動。這種從分子設計到動物實驗的完整驗證，在蛋白質設計領域尚屬首次。

"這項成果標志著蛋白質設計從靜態結構邁向動態功能的新紀元。"盧培龍指出，通過精確控制離子通道的開關特性，未來有望開發出針對癲癇、疼痛等神經系統疾病的新型生物藥物。研究團隊正在優化通道的電壓響應范圍和離子選擇性，為臨床轉化做準備。