《Nature Communications》：Structure of a pH-sensitive pentameric ligand-gated ion channel from the Sarcoptes scabies mite
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为解决疥螨对伊维菌素日益增长的耐药性问题，研究人员对螨源阴离子型五聚体配体门控离子通道SsCl的pH敏感性机制及伊维菌素的调控作用展开研究。通过解析SsCl在pH 6.5（关闭态）、pH 9（脱敏态）及结合伊维菌素的结构，发现其脱敏态呈现独特的沙漏构象，并鉴定出影响pH敏感的胞外组氨酸和谷氨酸残基，伊维菌素在pH 9时促进通道开放。该研究为理解SsCl功能及设计新一代抗寄生虫药物提供了关键信息。
疥螨引起的疥疮是一个全球性的健康负担，而作为主要治疗药物之一的伊维菌素，其耐药性问题日益严峻，这使得寻找新的药物靶点和作用机制变得尤为迫切。在微观世界中，疥螨体内一种名为SsCl的阴离子型五聚体配体门控离子通道（pentameric ligand-gated ion channel, pLGIC）成为了潜在的突破口。有趣的是，SsCl表现出对pH值变化的敏感性，并且已知伊维菌素能够显著调控其功能。但pH究竟如何“指挥”这个通道的开合？伊维菌素又是如何施加影响的？其背后的精细三维结构是怎样的？这些问题犹如笼罩在分子机制上的迷雾，阻碍了基于结构的新药设计。为了拨开迷雾，一个研究团队利用尖端技术，深入探索了SsCl的工作密码，并将成果发表于《自然通讯》(Nature Communications)杂志。
研究人员主要运用了冷冻电镜（cryo-EM）和电生理学（electrophysiology）技术。其中，冷冻电镜技术用于解析SsCl蛋白在不同条件下的高分辨率三维结构，而电生理学技术（如膜片钳）则用于在功能上验证pH变化和伊维菌素对通道活性的影响，实现结构与功能的相互印证。
SsCl在两种pH条件下的结构解析
为了理解pH如何调控SsCl，研究人员首先解析了其在两种不同pH环境下的结构。在pH 6.5时，捕获到了通道处于“关闭”状态的构象；而在碱性环境（pH 9）下，则解析出了通道处于“脱敏”状态的结构。令人意外的是，这个脱敏态结构并非人们此前猜测的某种常见构象，而是呈现出一种独特的“沙漏”形状。这种构象特征与通常对阳离子选择性通道的认识更为接近，暗示SsCl的门控机制可能比预想的更为复杂和独特。
鉴定pH敏感性的关键氨基酸残基
结构分析结合定点诱变（mutagenesis）研究，锁定了影响SsCl pH敏感性的“开关”。研究发现，位于通道胞外区域的组氨酸（histidine）和谷氨酸（glutamic acid）残基在其中扮演了关键角色。这些带电荷的氨基酸很可能通过感知周围环境的氢离子浓度变化，引发蛋白质构象的连锁改变，从而形成了一个广泛的pH传感网络，精细调控着通道的开放与关闭。
伊维菌素结合的结构基础与pH依赖性调控
研究进一步解析了伊维菌素与SsCl结合时的复合物结构。结构显示，伊维菌素结合在通道的跨膜区。更重要的是，这种结合效应强烈依赖于pH值。在pH 9（碱性）条件下，伊维菌素稳定了通道的某个构象，从而“增强”了通道处于开放状态的概率。而在pH 6.5（酸性）条件下，伊维菌素甚至能够诱导SsCl发生一种“非典型”的激活，即在原本倾向于关闭的环境中强行打开通道。这从结构上解释了伊维菌素如何作为变构调节剂，跨越不同的pH环境来影响通道功能。
该研究通过对螨源离子通道SsCl的系统性结构生物学与功能学研究，首次揭示了其pH敏感性的结构基础，发现其脱敏态具有独特的沙漏构象。研究鉴定出胞外组氨酸和谷氨酸是pH传感的关键残基，并阐明了伊维菌素以pH依赖性的方式调控通道活性的分子机制：在碱性条件下促进开放，在酸性条件下诱导非典型激活。这些发现不仅为理解阴离子型pLGIC的门控机制提供了新的视角，更重要的是，针对SsCl这一潜在药物靶点所获得的高分辨率三维结构信息，以及对其与伊维菌素互作界面的精确描绘，为理性设计新一代、能克服现有耐药性的抗寄生虫药物奠定了坚实的理论基础。
