解码细胞器离子通道：细胞信号与稳态的守门人

在细胞的复杂网络中，离子通道不仅存在于质膜，同样也广泛分布于细胞内部的各类细胞器：如溶酶体、线粒体、内质网和细胞核。它们是维持细胞功能和应答外界刺激的关键“通道”，也是许多疾病发生的关键节点。

为什么研究细胞器离子通道如此重要？

◆ 它们调控离子梯度与跨膜电位

◆ 涉及钙信号传导、pH调节、细胞凋亡等核心机制

◆ 与众多重大疾病密切相关，如：神经退行性疾病，癌症，代谢综合征，溶酶体贮积病。

不同细胞器中的离子通道作用概览

溶酶体

◆ 维持酸性环境以降解生物大分子

◆ 通道功能异常可阻碍自噬，引发神经退行性变化

线粒体

◆ 离子通道参与能量代谢与凋亡调控

◆ 功能失衡会导致氧化磷酸化障碍与异常细胞死亡

内质网

◆ 储存和释放钙离子

◆ 参与肌肉收缩、分泌、增殖等

◆ 通道失调与代谢病和应激损伤密切相关

细胞核

◆ 尽管研究较少，但越来越多证据表明它们参与基因表达与染色质重塑

细胞器离子通道在细胞生命活动中承担着核心调控功能，其作用远非边缘化。深入解析这些通道的生理与病理机制，将为靶向性药物的设计与开发提供新的理论依据和方向。

Qube 384全自动膜片钳系统推动离子通道研究进入“细胞器时代”

使用Qube 384自动化膜片钳系统建立STIM1/Orai1钙电流记录平台

STIM1/Orai1介导的钙电流ICRAC是细胞钙信号研究中的重要方向，亦是多种生理及病理状态（如免疫应答、肿瘤进展）中的关键调控环节。通过Sophion Bioscience的Qube 384系统建立的全自动化膜片钳测定方法，用于高通量、标准化地记录STIM1/Orai1通道活性，为钙信号机制研究与药物筛选提供了有效技术平台。

钙离子（Ca²⁺）是细胞信号传导的核心第二信使，广泛参与胞内外稳态维持、细胞增殖、分化等过程。在内质网钙储耗竭后，STIM1/Orai1复合体形成ICRAC通道，引发储存操作性钙进入（Store-operated calcium entry, SOCE）。该机制可通过膜片钳技术直接记录通道电流变化，但传统手工膜片钳耗时耗力，难以满足高通量筛选的需求。

使用Sophion Bioscience的Qube 384全自动化膜片钳平台建立STIM1/Orai1记录方法。该平台具有如下特点：

• 可同时进行384孔通道记录；

• 提供GΩ级封接质量；

• 支持完整协议设计与液体处理；

• 全自动化运行，适用于高通量化合物筛选。

采用两种不同策略激活ICRAC：

•细胞内液更换法 Exchange Intracellular Solution（IP₃激活）：

通过Qube系统内液体通道交换引入IP₃，诱导ER钙储耗竭并激活STIM1/Orai1。使用期间需临时取出QChip进行处理，稍有时间滞后。

•细胞破膜释放预载激动剂法 Whole cell caging of Agonist：

在打破膜前向内液预加载IP₃，通过膜破裂后激活通道，避免激活延迟。提高了激活精度与实验效率。

通过添加钙通道阻断剂进行药理学验证，结果表明：

以上数据显示，Qube 384平台在两种激活策略下均能实现高重复性和有效记录。

该全自动化膜片钳方案不仅实现了STIM1/Orai1通道电流的高质量记录与验证，更显著简化了药物筛选流程，减少后续验证工作量。

细胞器离子通道不只是“背景角色”，它们是调节细胞命运的核心“枢纽”。理解其功能与病理机制，将为我们开发新型靶向药物提供崭新方向。未来，Qube 384有望成为钙信号研究与新药筛选的重要技术平台。