美国威尔康奈尔医学院与英国伦敦大学伯克贝克学院研究人员近日首次在原子水平上揭示了吸入麻醉药七氟烷与钠离子通道的结合方式，阐明了这类药物抑制神经元信号传导的分子机制。相关成果已发表于《自然·通讯》。
吸入麻醉药已被临床安全使用长达175年，但其确切作用机制长期以来未能得到充分阐释。钠离子通道是调控带电粒子跨细胞膜流动的蛋白质，在神经元产生和传递电信号的过程中发挥核心作用。通过抑制这一信号传导，吸入麻醉药帮助抑制大脑活动，在手术过程中产生意识消失和肌肉不动的效果。
研究共同通讯作者、威尔康奈尔医学院麻醉学系主任Hugh Hemmings博士表示："钠离子通道对大脑神经元之间的通讯至关重要，麻醉正是打断了这种通讯。因此，有充分理由相信挥发性麻醉药产生的意识消失与其对钠离子通道的影响密切相关。"
由于哺乳动物的钠离子通道体积庞大、结构复杂，长期难以进行精细结构分析，研究团队转而选用一种海洋细菌——磁球菌（Magnetococcus marinus）的电压门控钠离子通道作为研究模型。这种细菌利用这类通道游向营养物质和氧气，尽管结构比哺乳动物的同类通道更为简单，但运作方式相似，且对麻醉药同样敏感，并且体积足够小，可以进行结晶分析。
研究团队利用高分辨率X射线晶体学技术，捕获了七氟烷与通道结合的精细快照。研究发现，这种麻醉药嵌入通道孔区边缘的一个小结合口袋中，但并不位于钠离子实际流通的路径上。结合在这一口袋中使通道稳定在失活状态，降低了其开放并允许钠离子通过的可能性，从而削弱神经元传递电信号的能力。
当研究人员改变结合口袋中的单个氨基酸后，七氟烷不再能有效结合，也失去了维持通道失活状态的能力，进一步证实了这一结合位点的关键作用。
论文共同第一作者、威尔康奈尔医学院高级研究员Karl Herold博士表示："挥发性麻醉药通过弱、低亲和力的相互作用结合，在结构上极难捕捉。能够结晶的细菌通道让我们终于得以看清七氟烷所处位置及其如何使通道保持失活状态。"
研究团队目前正致力于将这些发现推广至哺乳动物系统。Hemmings表示，如果人类中存在影响麻醉药结合的天然突变，对这些突变的研究或可解释为何部分人对麻醉药的反应存在差异，并为理解意识的生物学基础提供新的视角。研究人员还指出，这一研究所揭示的机制有望为设计副作用更少、选择性更强的新型麻醉药提供分子层面的指导。
参考文献：David Hollingworth et al, Volatile anaesthetics modulate voltage-gated sodium channel function at a site directly linked to channel gating, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-74518-7
编辑：王洪
排版：李丽
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