TRPV4离子通道是瞬时受体电位（TRP）通道香草醛（Vanilloid）亚家族中的重要成员。TRPV4通道可以被温度、渗透压和配体激活；TRPV4在TRPV家族中有和人类疾病（如腓骨肌萎缩症等）相关的最多的点突变，因此，TRPV4在针对多种疾病的药物开发中具有十分重要的作用；充分认识TRPV4通道是如何被小分子配体激活和抑制，可以帮助我们更好地进行靶向该通道的药物开发。

2023年7月11日，来自浙江大学基础医学院生物物理学系的杨帆团队在《Cell Discovery》杂志上发表了研究论文“Structural basis of ligand activation and inhibition in a mammalian TRPV4 ion channel”。通过综合使用单颗粒冷冻电镜技术、单细胞膜片钳电生理记录和分子动力学计算模拟，阐明了小分子激动剂GSK101、Agonist-1、RN-1747和抑制剂钌红（Ruthenium Red，RR）在TRPV4上的结合位置和引起该通道开放与关闭的机制。

此前，仅有来自爪蟾的TRPV4通道结构得到了解析。2023年6月至7月，哺乳动物TRPV4的高分辨三维结构相继被美国杜克大学Lee团队、哥伦比亚大学Sobolevsky团队和浙江大学杨帆团队报道。杨帆团队首先通过单颗粒冷冻电镜技术，解析了小鼠TRPV4通道的高分辨率三维结构（mTRPV4apo, 3.6 Å）。研究人员对该结构进行分析，发现小鼠TRPV4与此前报道的爪蟾TRPV4有明显差异，表现在跨膜区的多个螺旋的位置与构象上；且和爪蟾TRPV4相比，小鼠TRPV4通道的S4-S5 linker中包含helix螺旋而不是由单纯的loop组成。

激动剂小分子与TRPV4的复合物结构中，GSK101和Agonist-1均结合在S1至S4之间形成的朝向细胞质的口袋。通过分子动力学模拟发现这些小分子可以稳定结合在这个口袋。而通过电生理实验，发现对该口袋附近的氨基酸进行点突变后，这些激动剂激活TRPV4的浓度依赖效应曲线会发生明显移动，从而进一步验证了这些小分子的结合位点。加入激动剂后，TRPV4结构中的S4-S5 linker发生了约5 Å的向上移动，引起其背后的S6也发生移动，进而打开TRPV4通道。

钌红是多种离子通道的抑制剂，故该分子被作为研究离子通道的工具药物而广泛使用。该研究团队发现，钌红可以结合在TRPV4通道的选择性滤器中，从而堵塞该通道，使得离子无法流过，从而发挥抑制剂的效果。

总之，通过综合使用多种生物物理学研究技术，研究人员揭示了小分子配体激活或抑制TRPV4通道的机制，提示S1至S4之间形成的朝向细胞质的口袋是结合TRPV4调控分子的热点区域，可以靶向该口袋筛选设计新的调控分子。

浙江大学基础医学院生物物理学系博士研究生甄文轩和科研助理赵志君为该工作的共同第一作者。浙江大学基础医学院生物物理学系的杨帆研究员为通讯作者。本研究得到了国家自然基金委和浙江省自然基金委的资助，浙江大学冷冻电镜中心为本研究提供了冷冻电镜支持，本研究也得到了冷冻电镜中心常胜海博士的大力支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41421-023-00579-3

课题组简介

杨帆课题组专注于离子通道膜蛋白的功能与动态构象变化研究，以及基于蛋白质三维结构的生物大分子理性设计。围绕着刺激感受的TRP通道，深入研究了低温、高温、辣椒素、薄荷醇以及多肽大分子等多种物理化学因素调控TRP通道的机制，并开发了针对TRP通道的具有镇痛效果的调控分子。

2017年实验室建立以来，在Nature (2022)、Nature Chemical Biology (2022)、Science Translational Medicine (2022)、Nature Communications (2023，2022, 2020a, 2020b, 2020c，2019，2018)、PNAS (2023，2020)、Advanced Science (2021a, 2021b, 2020)、National Science Review (2019)、PloS Biology (2018) 等知名学术期刊上以通讯作者（含共同）身份发表多篇文章。

杨帆课题组目前在膜蛋白结构解析、电生理、蛋白质计算建模与理性设计等研究方向招聘博士后，详细信息请见实验室网站：https://person.zju.edu.cn/fanyang