解开五种感觉感受器的最终谜团

记者黄辛 通讯员肖暖暖

听觉不仅与人们的日常生活密切相关，也是科学领域的重要研究课题之一。在亚里士多德定义的五种感官中，调节嗅觉、味觉、视觉和触觉的受体基因已经被一个接一个地识别出来。然而，声音感知的核心问题——一直是个谜，该基因编码负责听觉传导的离子通道。

复旦大学生命科学学院严志强教授团队和服部哲团队与东京大学大森教授团队合作，最终确认TMC1/2是位于耳蜗毛细胞内的真正的听觉传导离子通道，解决了困扰听觉领域近40年的问题。最近，相关的研究结果在网上公布于《神经元》。

听觉转导中的未解之谜

人类对声音的感知始于内耳的皮质器官。科尔蒂的仪器包含超过16，000个毛细胞，将声音从机械信号转换成电信号的机械传导通道被认为位于以阶梯方式排列的毛细胞的毛束上。大约40年前，科学家记录了听觉毛细胞的听觉传导电流。然而，经过多年的研究，负责听觉传导的分子尚未被识别，这已成为听觉领域亟待解决的重要问题。

正如汽车故障有许多可能的原因一样，如燃油不足、方向盘故障、轮胎爆裂等。在听觉传导途径中，也有许多可能影响听觉传导的候选基因，包括TMC1和TMC2基因。

颜志强介绍说，颞下颌关节软骨细胞1和颞下颌关节软骨细胞2首次在耳聋患者中发现。它们是毛细胞机械传导电流所必需的蛋白质，位于发生机械传导的静态纤毛顶端，两者都在毛细胞中表达。先前的研究已经通过遗传方法解释了编码跨膜通道样蛋白的基因对小鼠听力的重要性。

“我们从以前的研究中知道，老鼠的TMC1突变将改变其机械敏感电流的特性。然而，尚不清楚TMC1和TMC2蛋白是否是离子通道，以及它们是否是机械力门控的。”阎志强说。

离子通道是各种无机离子穿过膜的被动转运途径。被动迁移沿着离子浓度梯度从高到低流动。门控就像开关门一样，有一个把关的过程。"什么时候开门和让什么东西进来是闸门控制的两个特点."阎志强说。

另辟蹊径进行脂质体重组

研究人员发现，当TMC蛋白在培养细胞中表达时，它很难被运输到细胞膜，导致其电生理特征难以正常记录。为了克服这一技术难题，他们发现了一种新的方法，将纯化的TMC1和TMC2蛋白重组成脂质体，并探索TMC蛋白在体外是否真的起到离子通道的作用。

“简单来说，脂质体重组就是我们用人工方法制造一个‘细胞’，它具有和细胞一样的双层膜结构，但它不同于真正的细胞，所以它被称为脂质体重组。”阎志强说。

对于体外重建，该团队使用正交筛选，通过基于荧光检测体积排阻色谱法的热稳定性试验(FSEC-TS)从21种不同物种中筛选出TMC蛋白。其中，绿海龟的TMC1和虎皮鹦鹉的TMC2可以在昆虫细胞中高纯度表达。

基因表达是指将基因的遗传信息合成功能性基因产物的过程，主要包括转录和翻译严志强告诉《中国科学报》，这就像在不同的地里种小麦。有些产量高，有些产量低，有些甚至不能生长。“基因表达是相似的，也有高表达、低表达和无表达的情况。在做实验时，我们希望表达量高，纯度好。”

明确听觉转导的离子通道

研究人员发现，TMC蛋白确实具有离子通道活性，因为外加电压会导致蛋白通道自发打开并产生电流。通过使用高速压力钳对重组的CmTMC1和MuTMC2通道施加压力，他们发现两者都可以直接响应机械力，并且响应电流强度和打开单个通道的概率随着施加压力的增加而增加。

同时，基于导致小鼠耳聋的Tmc1突变蛋白，研究人员构建了几个具有保守氨基酸突变的CmTMC1点突变蛋白。体外脂质体重构和功能实验表明，这些突变蛋白要么存在离子通道活性缺陷，要么存在机械反应缺陷。

虽然该团队的研究主要集中在CmTMC1和MuTMC2，但它们与小鼠的TMC1和TMC2蛋白高度进化保守。“也就是说，人们基本上认为在CmTMC1和MuTMC2中发现的研究结果也适用于小鼠中的TMC1和TMC2蛋白。在这方面，老鼠和人类非常相似。这表明TMC1/2可能也是哺乳动物的离子通道，也能对机械力做出反应。此外，TMC1/2也与人类听力损伤密切相关。”阎志强接着说道。

该研究确定了听觉传导的离子通道，有助于进一步探索医学研究中听力障碍的治疗机制，治疗病例的积累也有助于发现新的突变严志强表示，该团队还将继续在新生儿听力遗传缺陷的机制研究、预防、诊断和治疗方面做出努力。(黄暖)

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2019.10.017

《中国科学报》 (2019-12-02第4版综合)