跨膜离子通道样蛋白TMC1的突变，会导致听觉、前庭缺陷和人类家族遗传性耳聋，但其功能和分子机制存在很大争议。1月26日，浙江大学医学院康利*课题组在Neuron杂志上发表了题为“TMCproteinsmodulateegg-layingandmembraneexcitabilitythroughabackgroundleakconductanceinC.elegans”的研究论文，揭示TMC-1和TMC-2可通过恒定的背景Na+电流，维持神经和肌肉细胞的静息膜电位和兴奋性，并调控相应的行为范式。这一发现不仅为阐明先天性耳聋的机制提供了新的线索，而且首次揭示了肌肉细胞中的兴奋性背景钠通道，为相关神经、肌肉系统疾病的诊断、治疗和药物开发奠定了科学基础。鉴于该成果的重要意义，BioArt特别邀请到了从事听觉相关研究的清华大学生命科学学院PI、青年千人熊巍研究员做精彩点点评，以飨读者！
据统计，我国每个新生儿中有2～3名聋儿，其中一半以上的新生聋儿是由致聋基因突变导致的遗传性耳聋。跨膜离子通道样蛋白（TMC，Transmembranechannel–likeproteins）是一类新型的离子通道样蛋白家族。TMC1是内耳中听毛细胞检测声波刺激所必须的组分，TMC1基因突变是家族遗传性耳聋的常见病因。最新Nature杂志上发表的论文表明，通过CRISPR-Cas9基因编辑技术纠正Tmc1基因上的突变点，可以恢复突变小鼠的听力（详见BioArt此前的报道：突破丨《自然》年度人物DavidLiu课题组运用基因编辑有望治疗遗传性耳聋）。先前文献报道TMC1是听毛细胞感受声波刺激的机械敏感离子通道，然而此假说还缺乏实验证实，也有报道认为TMC1跟高碱感受和运动相关。TMC蛋白家族中其他蛋白的生理功能和作用机制一直以来也所知甚少。
在这项研究中，研究人员发现，TMC-1在秀丽线虫神经、肌肉系统中广泛表达，而TMC-2特异性表达于肌肉细胞中。TMC-1和TMC-2的缺失，均会导致秀丽线虫产卵行为缺陷。研究人员首先想到产卵行为跟机械感受之间可能存在密切的联系，也就是卵到达排卵部位后，可能对相关的神经元和肌肉组织产生挤压作用，而这种挤压力由什么蛋白感受，先前未见报道。
通过构建表达有GCaMP5.0荧光蛋白的转基因品系，以在体胞内钙成像检测，研究人员发现TMC蛋白对于维持卵孔肌肉细胞（VM）和HSN神经元的节律性钙震荡至关重要。而基于ChR2和CoChR转基因的光遗传实验检测，也进一步证明了这一论断。
为了进一步探索TMC蛋白调控细胞兴奋性的分子机理，康利*课题组研究人员记录并检测了相关神经元和肌肉细胞的电生理特性。有意思的是，他们发现在tmc突变体中，VM肌肉细胞、HSN神经元以及ASH神经元的静息电位明显偏低，细胞处于超极化状态，因此其可兴奋性均显著降低。同时，这些细胞上的背景Na+漏电流（backgroundNa+leakcurrent）都显著减小。此外，TMC-1在ASI神经元（头部感觉神经元）上的异位表达，则能显著加大其背景Na+电流，并提升细胞的静息膜电位，增强其可兴奋性。
在接下来的研究中，研究人员发现以三环抗抑郁药丙米嗪（imiprimine）处理，抑制肌细胞上的背景K+通道(EAGK+)活性，或者基因敲除肌细胞上的UNC-钾通道，可以完全拯救恢复tmc基因突变体的行为缺陷（下图）。这些结果表明，通过药物或遗传学方法调控与TMC蛋白功能相关的基因活性，就可恢复tmc基因突变体的缺陷表型。
图1调控K+离子通道活性可以拯救tmc基因突变体的行为缺陷
有意思的是，组织特异性过表达小鼠TMC1、TMC2或人源TMC3均可以拯救恢复tmc突变体线虫在行为、钙成像和电生理上的缺陷表型，表明哺乳动物类TMC基因和秀丽线虫TMC具有进化上的保守性和类似功能机制。
这项研究首次揭示了TMC蛋白可通过背景Na+漏电流，维持细胞（神经元和肌肉）的膜电位，进而影响细胞本体兴奋性，并调控相应的行为输出，从而为早期诊断和治疗遗传性耳聋和其他相关神经肌肉系统疾病，提供了新的线索（下图）。
据悉，浙江大学神经生物学博士生岳晓敏、赵剑、硕士生李笑为论文的共同第一作者。浙江大学医学院神经科学研究所研究员康利*博士和弗洛里达大学衰老研究所肖睿博士为本论文的共同通讯作者。
左到右依次是:岳晓敏、赵剑、康利*老师、李笑
专家点评：
熊巍（清华大学生命科学学院研究员，中组部“青年千人”入选者，基金委优秀青年科学基金获得者。研究方向：听觉毛细胞的机械敏感性及其听觉通路对于声音的调制；耳聋发生的致病机理和生物学治疗）
Comments：在已经报道的个左右的耳聋基因中，TMC1是最受人