10月15日，清华大学医学院生物医学工程系刘晓冬课题组在Cell（细胞）子刊Cell Reports（细胞-通讯）期刊在线发表了题为“Influx-Operated Ca2+ Entry via PKD2-L1/PKD1-L3 Channels Facilitates Sensory Responses to Polymodal Transient Stimuli”(PKD2-L1/PKD1-L3通道“钙离子内流操控型钙电流”提升多模态时变刺激下的感觉响应)的研究长文（Article）。论文首次报道了传感受体-离子通道复合体响应时变型刺激的正-负自反馈协同工作模式，揭示了生命体调控细胞传感及生理感觉的新机制，是离子通道钙信号及感觉信号领域的重要进展。生物医学工程系硕士生胡明峰、直博生刘玉霞以及技术员吴晋芝为本文的共同第一作者，刘晓冬博士为本文的通讯作者。

上图为分子传感器（传感受体-通道蛋白复合体）通过钙依赖自反馈产生“钙离子内流操控型钙电流”，可将多个模态刺激的响应放大为钙峰信号，实现通道对刺激信号变化率（激励信号的时间微分）的特异性感知。下图卡通形象说明了传感放大机制中的正-负反馈，体现了钙离子在大量重要生命过程中的作用方式：易化（阳）抑制（阴）两方面在时空上实现协同调控。

瞬时受体电位（TRP）通道是生命体和细胞的重要“分子传感器”。在来源于内部环境和外部世界的刺激下，TRP通道能够跨膜导入钙离子等阳离子，可介导疼痛、温度、机械力（如流体剪切力）、化学（如辣椒素）、基本味觉等多种重要感知功能。多囊型TRPP是TRP家族中的重要成员，其中TRPP2（PKD2）与PKD1可发生突变并导致遗传性多囊肾（ADPKD），二者组成的通道复合体表达在肾纤毛上介导在机械刺激下的钙响应；目前认为PKD突变造成了流体感知功能及钙信号的紊乱，进而引发多囊肾病变。与之高度类似，TRPP3（PKD2-L1）通道复合体也可表达在细胞纤毛上并介导其钙动态；此外，TRPP3也与多个模态的其它重要感觉功能（如酸味觉及反感性咸味觉等）密切相关。然而，TRPP通道复合体（如PKD2/PKD1复合体、PKD2-L1/PKD1-L3复合体）的传感能力一直以来存在诸多争议，主要是尚且缺乏清晰有力的证据支持：重组通道复合体对于生理性刺激的响应非常微弱，远远偏离预期中的刺激-响应关系曲线。

刘晓冬研究组针对TRPP3通道复合体发现：凭借自身钙离子内流介导的正负反馈，通道可产生“钙峰”型（Ca2+ spikes）响应，进而调节其刺激-响应关系曲线、有效提升对多种时变型刺激的感知能力。对刺激信号上升沿或下降沿（微分信号）的特殊敏感性是许多感觉系统的共有特性，此项研究揭示的钙依赖性反馈调节机制为通道提供了一个“时间窗口”，进而能够特异性地响应实验中钙浓度、膜电位及pH值的瞬时变化，是细胞纤毛的流体感知、听觉纤毛的机械振动感知等过程中的潜在机制。此研究也为至今尚未攻克的重要通道病—遗传性多囊肾提供了崭新的研究思路和方向。

刘晓冬博士先后毕业于浙江大学（本科）、清华大学（硕士）及美国凯斯西储大学Case Western Reserve University（博士）的生物医学工程系，并在美国约翰霍普金斯大学Johns Hopkins University的神经科学系和生物医学工程系完成了博士后研究。刘晓冬博士于2010年入职清华大学医学院生物医学工程系担任课题组长（P.I./Professor）以及清华大学生命学院兼职教授（Adjunct Professor），同时也是清华大学IDG/麦戈文脑研究院的研究员。刘晓冬实验室致力于“合成电生理学”研究，属工程科学与生命科学深度交叉的新兴领域。课题组目前通过在分子和细胞水平上“功能重建”重要离子通道及其跨膜信号,以研究与通道相关的病生理机制及干预手段。该项研究得到了国家自然科学基金委、北京市自然科学基金委、国家973以及清华大学生命科学联合中心（CLS）的支持。

论文链接：http://www.cell.com/cell-reports/abstract/S2211-1247(15)01066-9