上海
M电流（M-current）是调控神经元兴奋性的经典钾电流。它主要由电压门控钾离子通道KCNQ2/3异源四聚体介导，可稳定神经元静息膜电位，抑制异常兴奋，被视为神经元兴奋性的“刹车系统”。临床研究已在M通道上发现数百个突变体可导致癫痫，凸显了该刹车系统的重要性。然而，围绕这一关键通道最基础的分子问题——KCNQ2与KCNQ3究竟以何种化学计量比组装——学界已争论二十余年，长期缺乏直接结构证据。
近日，南昌大学联合澳门科技大学和深圳晶蛋生物在Cell Research上发表了题为Structural basis of the neuronal M-current generated by an asymmetric KCNQ2/3 assembly 的研究论文。该研究利用冷冻电镜（Cryo-EM）技术，首次从结构层面证实KCNQ2/3异源四聚体主要以1:3不对称比例组装，并进一步揭示了新型抗癫痫药物XEN1101的作用机制，为理解M电流独特的亚阈值激活特性以及开发更精准的KCNQ通道调节剂提供了结构基础。
M电流是神经元中一类缓慢激活的钾电流，能够在接近静息膜电位时发挥作用，从而稳定膜电位、限制神经元过度兴奋。其核心分子基础是由KCNQ2和KCNQ3组成的电压门控钾通道。尽管KCNQ2/3异源通道早已被认为是M电流的主要来源，但其真实亚基组成比例一直存在争议。为破解这一难题，研究团队巧妙地在KCNQ2的S1-S2环中插入BRIL融合蛋白作为“分子标签”，用于区分不同亚基。冷冻电镜结果显示，KCNQ2/3异源四聚体可形成多种组装形式，包括1:3、2:2和3:1，但其中 KCNQ2:KCNQ3 = 1:3 的构型占据绝对优势（约占60%）。为进一步验证这一结构发现的生理相关性，研究者利用KCNQ2和KCNQ3对TEA（四乙基铵）敏感性的差异，对不同组装比例通道进行“药理指纹”比对。结果显示，天然KCNQ2/3通道的TEA阻断效率与1:3比例的串联体高度吻合，而与2:2或3:1比例存在明显差异。该结果有力证明：1:3不对称组装可能是生理状态 下 M通道的主要存在形式。
KCNQ3通道具有一个显著特征：单独表达时电流极弱，而与KCNQ2共同组装后则可形成正常的M电流。为理解KCNQ2/3异源通道与KCNQ3同源通道之间的功能差异，研究团队进一步解析了人源KCNQ3同源通道的apo结构及XEN1101/PIP₂结合结构。结构分析显示，与KCNQ2相比，KCNQ3的电压感受结构域发生了显著的旋转和侧向压缩。更为关键的是，在KCNQ3–XEN1101/PIP₂复合物结构中，尽管S6整体已经完成通道打开必要的旋转步骤，但其内门S353残基仍朝向孔道中央，形成阻塞构象。这一发现不仅为KCNQ3同源通道电流微弱提供了直接结构解释，还阐明了与KCNQ2共组装形成正常M电流的机制。
M电流最重要的生理特性之一，是其能够在接近神经元静息膜电位（约 -60 mV）时被激活，即所谓的“亚阈值激活”。这一特性使M电流能够在动作电位爆发前及时抑制膜去极化，从而发挥稳定神经元兴奋性的关键作用。那么，为什么KCNQ2/3异源通道相比KCNQ2同源通道更容易在较负电位下被激活？通过比较KCNQ2/3异源通道与KCNQ2、KCNQ3同源通道结构，研究者发现关键差异可能位于胞内C端结构域（CTD），尤其是HA-HB螺旋及其结合的钙调蛋白（CaM）。此前研究表明，KCNQ2同源通道在开放过程中，HA-HB螺旋和CaM会发生约180°旋转。而在KCNQ2/3 apo结构中，所有亚基的HA-HB螺旋已相较KCNQ2 apo状态预先旋转约30°。这意味着KCNQ2/3异源通道在关闭态时，其CTD已处于“预激活”状态。通道开放时，它仅需再旋转约150°即可到达开放构象，而KCNQ2同源通道需要完成完整的约180°旋转。这一结构特征可能降低KCNQ2/3通道激活所需能垒，从而使其G-V曲线相较KCNQ2发生左移，更容 易在接近静息膜电位时被激活。
该研究首次从结构层面解决了KCNQ2/3异源通道亚基化学计量比长期存在的争议，明确了1:3不对称组装是神经元M电流通道的主要形式。同时，研究进一步阐明了KCNQ2/3异源化对通道门控、PIP₂调控以及新一代抗癫痫药物XEN1101识别的结构基础。这些发现不仅加深了对M通道调控神经元兴奋性机制的理解，也为相关神经系统疾病机制研究及精准药物研发提供了重要理论依据。
南昌大学基础医学院成心宇、万双燕，澳门科技大学江德祥、张航瑜以及赣南医科大学胡斌为论文共同第一作者；南昌大学张进教授与澳门科技大学侯盼盼教授为共同通讯作者。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41422-026-01261-5
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