化学遗传学是指通过对生物大分子实行改造，使其能和先前无法识别的小分子进行相互作用，从而达到可控和可逆地（伴随加入或除去化合物而启动或中断特定的反应）控制生物大分子的活性，进而特异性地影响生理活动。只由特定药物激活的受体（Designer receptors exclusively activated by designer drugs，DREADDs）技术是目前应用最广泛的化学遗传学技术，2007年由Roth教授实验室成员发明并利用，其中，hM3Dq和hM4Di是两种目前最广泛用于神经科学领域的化学遗传操作工具。
但DREADD系统有其局限性：药物不能直接作用于离子通道蛋白，而是通过G蛋白偶联受体作为“信使”传递信号，效果不稳定且容易产生副作用。因此，利用生物技术直接对离子通道蛋白进行改造（Engineered ligand gated ion channels，LGICs）的化学遗传操作工具PSAM4-5HT3和PSAM4-GlyR，因其具有配体稳定、药代动力学快速、药物直接作用于离子通道蛋白等优点，逐渐成为新的化学遗传工具被科研者使用。
2011年，霍华德休斯医学研究所Scott Sternson团队在Science期刊中首次介绍了其团队基于工程离子通道技术设计的化学遗传操作工具PSAM/PSEM[1]，其中的PSAM元件是经过改造的α7烟碱型乙酰胆碱受体（α7nAChR）的LBD配体结合区域，PSEM激动剂是与PSAM结合的效应分子。该系统作用原理为LBD配体结合区域和功能多样化的离子通道蛋白（IPD）融合后对氯离子、钙离子或其他非特异性阳离子具有一定的选择性。研究中将α7nAChR的LBD 与5-羟色胺3a受体或以及甘氨酸受体的 IPD结合，使其分别产生具有阳离子、氯离子电导特性的嵌合通道（α7-5HT3；α7-GlyR），且能直接被外源药物尼古丁激活，PSEM可以直接控制离子通道的启闭，进一步调节神经细胞活动。
其后，Scott Sternson团队于2019年4月12日，再次在Science杂志在线发表《Ultrapotent Chemogenetics for Research and Potential Clinical Applications》研究论文[2]，该研究基于团队前期设计的PSAM/PSEM系统，通过生物工程手段设计出一套可用于神经靶向的、非介入性的药物筛选方法，并筛选出了容易到达脑组织且低毒的PSEM激动剂伐尼克兰（Varenicline，FDA认可的用于戒烟的非尼古丁药物），并通过改变氨基酸组成，开发出了对伐尼克兰选择性最好、药效最高的PSAM元件：PSAM4-5HT3用于激活神经元，PSAM4-GlyR用于抑制神经元。
PSAM4-5HT3是改造后α7烟碱型乙酰胆碱受体LBD与5-羟色胺3a受体IPD融合表达的仅对伐尼克兰有反应的人工受体，具有5HT3受体的阳离子选择性电导特性，在激动剂伐尼克兰激活下，以至于细胞膜去极化，形成动作电位。PSAM4-GlyR则是与甘氨酸受体IPD融合表达的人工受体，具有氯离子选择性电导特性，在激动剂伐尼克兰激活下，使得细胞膜超极化，抑制神经元细胞动作电位放电。
文章中，作者在小鼠神经元中过表达PSAM4-5HT3和PSAM4-GlyR受体蛋白进行验证。结果表明，在低剂量伐尼克兰激动剂（15nM）的连续作用下，PSAM4-5HT3可导致离体培养的海马神经元的细胞膜去极化而导致动作电位放电，且至少能持续14-22天；而PSAM4-GlyR则由于电分流而强烈抑制放电，即使在500pA去极化电流下，神经元也不会放电，且可持续3-18天。为进一步在体内进行验证，作者靶向小鼠SNr脑区中GABA能神经元以及恒河猴GPi脑区神经元过表达PSAM4-GlyR，研究表明，PSAM4-GlyR对小鼠及恒河猴体内神经元的抑制效果明显，且所需伐尼克兰的剂量较其他药物低5-10倍。低剂量的激动剂对啮齿动物和灵长类动物模型的影响较小、药效快速且对其大脑均有效。
图4 PSAM4-GlyR在小鼠及恒河猴神经元中过表达
总结：PSAM4-5HT3和PSAM4-GlyR是基于LGICs技术的新型化学遗传工具，其化学诱导药物可直接作用于离子通道蛋白，使得该工具具有效果稳定、快速、副作用小等优点。总之，PSAM4-5HT3和PSAM4-GlyR为研究大脑功能提供了新的工具，也为未来研发安全、高效的神经功能紊乱治疗药物带来了希望。
布林凯斯化学遗传PSAM4-5HT3和PSAM4-GlyR系列产品已经上架！除所列种类外，还可根据实验需求进行特别定制！快来联系小布吧！
产品信息：
地址：-
地址：-
