深圳子科生物報道：跨膜離子通道樣蛋白TMC1的突變，會導致聽覺、前庭缺陷和人類家族遺傳性耳聾，但其功能和分子機制存在很大爭議。

1月25日，浙江大學康利軍研究組在Neuron雜志上發表了題為“TMC proteins modulate egg-laying and membrane excitability through a background leak conductance in C. elegans”的研究論文，揭示TMC-1和TMC-2可通過恒定的背景Na+電流，維持神經和肌肉細胞的靜息膜電位和興奮性，并調控相應的行為范式。這一發現不僅為闡明先天性耳聾的機制提供了新的線索，而且揭示了肌肉細胞中的興奮性背景鈉通道，為相關神經、肌肉系統疾病的診斷、治療和藥物開發奠定了科學基礎。

據統計，我國每1000個新生兒中有2～3名聾兒，其中一半以上的新生聾兒是由致聾基因突變導致的遺傳性耳聾。跨膜離子通道樣蛋白（TMC，Transmembrane channel–like proteins）是一類新型的離子通道樣蛋白家族，共有八個亞型。TMC1是內耳中聽毛細胞將聲波的機械振動刺激轉換為聽神經的電信號所必須的組分，TMC1基因突變是家族遺傳性耳聾的常見病因。本月Nature雜志上發表的論文表明，通過CRISPR-Cas9基因編輯技術糾正Tmc1基因上的突變點，可以恢復突變小鼠的聽力。先前文獻報道TMC1是聽毛細胞感受聲波刺激的機械敏感離子通道，然而此假說還缺乏實驗證實，也有報道認為TMC1跟高堿感受和運動相關。另外，TMC蛋白家族中其他亞型蛋白的生理功能和作用機制一直以來也所知甚少。在本研究中，康利軍課題組發現TMC蛋白對于維持相關神經元和肌肉細胞的靜息膜電位至關重要，進而調控神經和肌肉組織的興奮性。

康利軍研究組發現，TMC-1在秀麗線蟲神經、肌肉系統中廣泛表達，而TMC-2特異性表達于肌肉細胞中。 TMC-1和TMC-2的缺失，均會導致秀麗線蟲產卵行為缺陷。康利軍課題組的研究人員首先想到產卵行為跟機械感受之間可能存在密切的，也就是卵到達排卵部位后，可能對相關的神經元和肌肉組織產生擠壓作用，而這種擠壓力由什么蛋白感受，先前未見報道。

通過構建表達有GCaMP5.0熒光蛋白的轉基因品系，以在體胞內鈣成像檢測，研究人員發現TMC蛋白對于維持卵孔肌肉細胞（VM）和HSN神經元的節律性鈣震蕩至關重要。而基于ChR2和CoChR轉基因的光遺傳實驗檢測，也進一步證明了這一論斷。

為了進一步探索TMC蛋白調控細胞興奮性的分子機理，康利軍研究組研究人員記錄并檢測了相關神經元和肌肉細胞的電生理特性。有意思的是，他們發現在tmc突變體中，VM 肌肉細胞、HSN神經元以及ASH神經元的靜息電位都明顯偏低，細胞處于超極化狀態，因此其可興奮性均顯著降低。同時，這些細胞上的背景Na+漏電流（background Na+ leak current）都顯著減小（下圖）。此外，TMC -1在ASI神經元（頭部感覺神經元）上的異位表達，則能顯著加大其背景Na+電流，并提升細胞的靜息膜電位，增強其可興奮性。

在接下來的研究中，康利軍研究組研究人員發現以三環抗抑郁藥丙米嗪（imiprimine）處理，抑制肌細胞上的背景K+通道(EAG K+)活性，或者基因敲除肌細胞上的UNC-103鉀通道，可以*拯救恢復tmc基因突變體的行為缺陷（下圖）。這些結果表明，tmc基因突變造成的遺傳疾病，有可能通過藥物或遺傳學方法調控與TMC蛋白功能相關的其他基因的活性而得以治療。

有意思的是，組織特異性過表達小鼠TMC1、 TMC2或人源TMC3 均可以拯救恢復tmc突變體線蟲在行為、鈣成像和電生理上的缺陷表型，表明哺乳動物類TMC基因和秀麗線蟲TMC具有進化上的保守性和類似功能機制。這項研究揭示了TMC蛋白可通過背景Na+漏電流，維持細胞（神經元和肌肉）的膜電位，進而影響細胞本體興奮性，并調控相應的行為輸出，從而為早期診斷和治療遺傳性耳聾和其他相關神經肌肉系統疾病，提供了新的線索（下圖）。 

浙江大學神經生物學博士生岳曉敏、趙劍、碩士生李笑為論文的共同*作者。浙江大學醫學院神經科學研究所研究員康利軍博士和弗洛里達大學衰老研究所肖睿博士為本論文的共同通訊作者。該研究工作獲得了國家重大科學研究計劃、國家863計劃、國家自然科學基金和浙江省自然科學基金的資助。

  課題組成員合影（左到右依次是：岳曉敏、趙劍、康利軍老師、李笑）