钾离子通道是多亚基膜蛋白机器的超家族，其以协调的方式打开和关闭（门）以将钾离子沿其电化学梯度向下传导，通常在生理条件下从细胞内到细胞外空间。在可兴奋的细胞中，调节的钾离子通量设定静息膜电位并影响细胞的兴奋性，包括动作电位的持续时间和频率。钾离子通道超家族分为五个亚家族，具有不同的膜拓扑和不同的门控刺激。浙江大学定量生物中心主任、浙江大学上海高等研究院院长周如鸿教授领导的团队近期在ACS Applied Materials & Interfaces上发表 ，利用理论模拟和电生理实验相结合详细探索了GQD对三种重要的钾离子通道蛋白（包括Kir3.2，Kv1.2和K2P2）生物功能的影响，并深入解析了相关分子机制。

       我们利用分子动力学模拟发现GQD能够形成小型的团簇，并结合到Kir3.2的膜外通道口，堵塞通道口，以至于抑制了该通道的钾离子的流通，最终影响该通道的生物活性；同时利用电生理实验证实GQD确实能够抑制Kir3.2钾离子通道的钾离子通透性，IC50大约为0.55mg/ml。

图1：GQD与Kir3.2、Kv1.2、K2P2膜外通道结合构象

       与此同时，我们还在Kv1.2通道上发现了与之完全相反的现象，即GQD能够激活Kv1.2钾离子通道蛋白。通过分子动力学模拟发现了这种激活主要通过GQD与该通道相关的门控结构域结合，特别是与门控相关的几个关键的带正电荷的氨基酸结合，从而阻碍了相关门控的关闭，最终强化通道的钾离子通透性；电生理实验证明了GQD的确能够激活Kv1.2，并且EC50大约为0.08mg/ml。

图2：GQD对Kir3.2、K2P2、Kv1.2通道电流的影响

       我们结合理论模拟和电生理实验充分证明了GQD具有多重的钾离子调控行为，这些研究为未来相关纳米药物的研发提供了一个先导的理论探索及依据。

       文章第一作者为顾宗林博士，美国东北大学的Austin M. Baggetta为共同第一作者，苏州大学辐射医学与防护国家重点实验室的孟煊宇副教授、美国东北大学药学系的Leigh D. Plant副教授以及周如鸿教授为共同通讯作者。

原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c01569