《Nature Communications》：Insights into the structure and modulation of human TWIK-2
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本研究针对与肺动脉高压、肺损伤及炎症相关的TWIK-2（K2P）钾通道结构不明、调控机制模糊的问题，通过单粒子冷冻电镜技术解析其3.7??结构，结合自动化膜片钳与突变分析，揭示电压依赖性门控特性及脂质调控机制，并建立高通量小分子筛选平台，为靶向TWIK-2的抗炎药物研发提供理论基础。
在人体复杂的细胞信号传导网络中，双孔域钾（K2P）通道扮演着维持细胞静息膜电位和调控兴奋性的关键角色。其中，TWIK-2（由基因KCNK6编码）作为K2P家族成员，与肺动脉高压、急性肺损伤及炎症反应密切相关，但其高分辨率结构、门控特性及药理调控机制长期处于未知状态，严重阻碍了靶向该通道的疗法开发。
为突破这一瓶颈，研究团队在《Nature Communications》上发表了关于人源TWIK-2通道的首个高分辨率结构研究。他们采用单粒子冷冻电镜技术解析了TWIK-2在3.7??分辨率下的三维结构，清晰揭示了其孔道区、选择性过滤器及跨膜螺旋的独特排列方式。通过自动化全细胞膜片钳技术，研究人员发现TWIK-2的门控行为具有电压依赖性，且不受细胞外pH变化影响，这一特性区别于其他K2P通道成员。进一步通过点突变实验，团队鉴定出多个关键氨基酸残基（如孔道区带电残基）对通道活性具有决定性作用，并提出脂质分子可能通过嵌入跨膜区间接调节通道开放的创新机制。
在应用层面，研究成功搭建了基于自动化膜片钳的高通量筛选平台，并对数千种小分子化合物进行初步筛选，证实该平台可用于快速识别TWIK-2的高亲和力调节剂。这一工作不仅填补了K2P通道家族的结构空白，更为开发治疗炎症性肺疾病的新型靶向药物提供了结构基础与技术路径。
关键实验方法概述
本研究主要依赖三种核心技术：单粒子冷冻电镜（解析TWIK-2三维结构）、自动化全细胞膜片钳（表征电生理特性）和位点定向突变（验证功能残基）。所有实验均使用人源TWIK-2蛋白或表达该通道的细胞系，未涉及临床样本队列。
研究结果分析
- 1.
结构解析揭示保守与特异区域
冷冻电镜结构显示TWIK-2呈典型二聚体构象，其选择性过滤器保留K+通道经典GYG签名序列，但胞外侧螺旋取向与同类通道（如TREK-1）差异显著，可能解释其独特的调控特性。
- 2.
电压门控与pH不敏感性
膜片钳记录表明，TWIK-2在去极化时电流增强，超极化时减弱，且细胞外pH在5.0-8.0范围内未引起电流变化，提示其生理功能可能独立于酸性微环境。
- 3.
关键残基调控通道开放
突变实验发现孔道区带正电残基（如K220）替换为中性氨基酸后，通道开放概率显著降低，证实这些位点参与门控过程。
- 4.
脂质介导的调控机制
分子动力学模拟提示磷脂分子可能结合于跨膜区界面，通过变构效应调节孔道构象，为解释内源性脂质对TWIK-2的调控提供结构依据。
- 5.
高通量筛选平台验证
在384孔板体系中完成对5000种化合物的筛选，发现多个可逆调节TWIK-2电流的小分子，证实平台适用于大规模药物发现。
结论与展望
本研究首次从原子水平揭示了TWIK-2的结构框架，明确了其电压依赖性与pH不敏感性的独特门控特性，并通过功能实验论证了关键残基和脂质分子在调控中的核心作用。所建立的高通量筛选体系为快速发现TWIK-2特异性调节剂奠定基础，尤其为肺动脉高压及炎症相关疾病的靶向治疗开辟了新方向。未来研究可聚焦于解析TWIK-2与调节剂复合物的结构，进一步推动基于结构的药物设计。
