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Handbook of Ion Channels——一部系统介绍离子通道的新作问世

关兵才, 周专, 张海林

河北医科大学基础医学院药理学教研室，石家庄 050017；北京大学分子医学研究所，北京 100871

摘要

由美国加州大学戴维斯分校的Jie Zheng (郑劼)教授和马里兰大学的Matthew C. Trudeau教授共同主编的Handbook of Ion Channels (《离子通道手册》)一书已于2015年2月出版[1]。这是一部资料新颖、较系统地介绍离子通道的新作。此书的出版可谓意义非凡。
众所周知，迄今为止国内外出版的关于离子通道的专著较少，其中最权威的是由美国科学院院士Bertil Hille教授撰写的Ion Channels of Excitable Membranes (《可兴奋膜离子通道》)[2–4]。在此书中，Hille教授以其在生物学、电学、电化学、化学动力学等方面的深厚底蕴，对电生理学基本原理做了清晰精练的描述，并用现代电生理学的表述惯例，精辟地总结了上世纪30年代后期至50年代前期这一群星璀璨、关于细胞膜兴奋机制研究黄金时期的经典成果，并对离子通道的结构、门控机制、功能、调制、生理及病理联系做了当时看来尽可能新颖的描述。该书文笔清晰流畅，深入浅出，内容高度融贯统一，有历史线索，有思想深度，富于启发性，被誉为离子通道研究领域的“圣经”。此书最后一版修订于2001年[4]，而进入21世纪后，离子通道的研究更吸引了诸多不同学术背景的学者，新成果层出不穷，同行们都在翘首以待此书的再次修订。然而，在2013年Hille教授应邀来石家庄参加第4届国际离子通道大会期间，我们得知，由于年龄及精力所限，他将不再对此书做进一步修订。对此，我们一方面深感遗憾，另一方面也深知先生之明智，因为自从对离子通道采用以分子生物学为基础的统一归类、命名和深入研究以来，各种具体通道的旧文献须进一步整理，新文献又大量涌现，再修订此书工作量巨大，实非一人能及之事。Handbook of Ion Channels一书的出版，在很大程度上弥补了这一缺憾。Hille教授亲自为本书撰写前言，回顾了离子通道的早期研究历程，如生物电的早期研究及通道相关概念的提出，并介绍了对同行后学有重要影响的先驱Alan L. Hodgkin和Andrew F. Huxley的科研踪迹。
Handbook of Ion Channels一书的正文共分五个部分。第一部分(共5章)为基本概念，其首章由著名的Clay M. Armstrong撰写，介绍了神经电传导的基础知识及历史回顾，着重介绍了Hodgkin-Huxley (H-H)模型(Armstrong认为对于此模型的学习是离子通道研究者应有的经历，且此模型至今仍有应用价值)及后H-H时代对离子通道的进一步认识。其后几章介绍了离子选择性及电导，电压门控性通道与配体门控性受体通道的门控机制，以及机械敏感通道及其门控机制的最新研究进展。第二部分(共10章)介绍离子通道研究方法，包括传统的及新出现的研究方法，如膜片钳(尤其是单通道记录)方法及结果分析、多种模型化分析(门控模型、Markov链模型、Rosetta结构模型等)研究方法、通道结构研究方法(荧光光谱法、冷冻电镜法、X线衍射晶体法等)、通道分子生物学及遗传学研究方法、通道抑制剂的使用、高通量通道功能检测方法等。第三部分(共18章)为各种离子通道分述，既包括经典的电压门控性离子通道(如电压门控性钠通道、KCNQ通道)、配体门控性离子通道(如5-HT3受体、GABAA受体)，也涵盖其他专著述及较少的与近年来研究进展较大的离子通道，如双孔区钾通道、环核苷酸门控性通道、酸感受性通道、多种TRP通道等。总体上看内容还是比较丰富、全面的，只是在此章中有的重要通道家族如电压门控性钙通道未提及，电压门控性钾通道只讲了KCNQ通道。不过，电压门控性钙通道在下一部分作为钙调素的调节靶点做了一些介绍，电压门控性钾通道则在第一部分作为例解多有述及。第四部分(共5章)介绍了离子通道的调节，涵盖G蛋白、钙调素、磷酸化、变体剪接及通道单跨膜调节亚基等对通道的调节。第五部分(共5章)为离子通道生理与疾病，均为与生理或疾病相关的专题型章节，如心脏中的离子通道、痛觉相关的离子通道、与疾病有关的CLC相关蛋白及CFTR阴离子通道、以离子通道为靶点的药物等，从应用性专题的角度对相关的离子通道做了串讲，其中一些内容也是对第三部分的补充。
本书作者阵容庞大，2位主编及71位参写者(其中，华人或华裔18位)均为活跃于离子通道研究领域的专家，有很好的科研训练背景和科研经历。他们分别撰写自己长期使用的方法或长期研究的通道，如Declan A. Doyle等撰写通道蛋白结构解析；William A. Catterall撰写电压门控性钠通道；Nikita Gamper和Mark S. Shapiro撰写KCNQ通道；Lily Jan等撰写钙激活性氯通道；David T. Yue等撰写钙通道的调节等等，从而保证了此书的科学性和新颖性。因此，著名的离子通道研究专家Richard W. Aldrich对此书给予了很高的评价，称其为Hille的经典著作Ion Channels of Excitable Membranes 以及Bert Sakmann和Erwin Neher的经典著作Single Channel Recording (《单通道记录》)[5]的更新和补充，并相信这是一本读者亟需的权威性新著[6]。
另外，对有些数理化基础比较薄弱的读者(尤其是接受医学教育的读者)而言，如果说他们阅读Hille教授著作中的生物物理和电化学内容，或者阅读Sakmann和Neher的Single Channel Recording书中的膜片钳技术原理感到困难，甚至望文却步的话；那么，他们会感到此书(Handbook of Ion Channels)更具易读性，因为此书的基本风格是关于离子通道研究方面的综述集，偏重于从生物医学角度对离子通道进行描述，正好与Hille以及Sakmann和Neher的经典著作形成互补，亦即本书的最大的特点是不再以电生理原理、方法、模型及数据为主，而是涵盖各种传统和新颖的实验方法以及所得结论，尤其从分子水平对通道的结构、功能、调制、药理、临床等进行较为细致地阐述，也很好地反映了关于离子通道研究的最新进展。因此，本书比较适合于大多数读者阅读，我们相信本书会受到中国同行们的青睐。
本书也有不足之处，如没有根据离子通道的基因家族分类以更恰当的逻辑层次对已知通道做系统的、详略得当的讲解；对一些大的、重要的通道家族(如电压依赖性钾通道、钙通道)缺乏概述；对某些具体的、研究较多的通道也有疏漏。另外，书中有不少图注里没有标明插图的出处，即使是同一部分内的不同章节的参考文献编排体例也有不一致。不过，瑕不掩瑜，这毕竟是一部由众多权威专家参与写作的巨著，绝大多数单章的写作质量相当出色，我们可以说此书是2001年以后集离子通道研究之大成的权威性著作【注】。

Handbook of Ion Channels——一部系统介绍离子通道的新作问世

GUAN Bing-Cai, ZHOU Zuan, ZHANG Hai-Lin

河北医科大学基础医学院药理学教研室，石家庄 050017；北京大学分子医学研究所，北京 100871

Abstract

由美国加州大学戴维斯分校的Jie Zheng (郑劼)教授和马里兰大学的Matthew C. Trudeau教授共同主编的Handbook of Ion Channels (《离子通道手册》)一书已于2015年2月出版[1]。这是一部资料新颖、较系统地介绍离子通道的新作。此书的出版可谓意义非凡。
众所周知，迄今为止国内外出版的关于离子通道的专著较少，其中最权威的是由美国科学院院士Bertil Hille教授撰写的Ion Channels of Excitable Membranes (《可兴奋膜离子通道》)[2–4]。在此书中，Hille教授以其在生物学、电学、电化学、化学动力学等方面的深厚底蕴，对电生理学基本原理做了清晰精练的描述，并用现代电生理学的表述惯例，精辟地总结了上世纪30年代后期至50年代前期这一群星璀璨、关于细胞膜兴奋机制研究黄金时期的经典成果，并对离子通道的结构、门控机制、功能、调制、生理及病理联系做了当时看来尽可能新颖的描述。该书文笔清晰流畅，深入浅出，内容高度融贯统一，有历史线索，有思想深度，富于启发性，被誉为离子通道研究领域的“圣经”。此书最后一版修订于2001年[4]，而进入21世纪后，离子通道的研究更吸引了诸多不同学术背景的学者，新成果层出不穷，同行们都在翘首以待此书的再次修订。然而，在2013年Hille教授应邀来石家庄参加第4届国际离子通道大会期间，我们得知，由于年龄及精力所限，他将不再对此书做进一步修订。对此，我们一方面深感遗憾，另一方面也深知先生之明智，因为自从对离子通道采用以分子生物学为基础的统一归类、命名和深入研究以来，各种具体通道的旧文献须进一步整理，新文献又大量涌现，再修订此书工作量巨大，实非一人能及之事。Handbook of Ion Channels一书的出版，在很大程度上弥补了这一缺憾。Hille教授亲自为本书撰写前言，回顾了离子通道的早期研究历程，如生物电的早期研究及通道相关概念的提出，并介绍了对同行后学有重要影响的先驱Alan L. Hodgkin和Andrew F. Huxley的科研踪迹。
Handbook of Ion Channels一书的正文共分五个部分。第一部分(共5章)为基本概念，其首章由著名的Clay M. Armstrong撰写，介绍了神经电传导的基础知识及历史回顾，着重介绍了Hodgkin-Huxley (H-H)模型(Armstrong认为对于此模型的学习是离子通道研究者应有的经历，且此模型至今仍有应用价值)及后H-H时代对离子通道的进一步认识。其后几章介绍了离子选择性及电导，电压门控性通道与配体门控性受体通道的门控机制，以及机械敏感通道及其门控机制的最新研究进展。第二部分(共10章)介绍离子通道研究方法，包括传统的及新出现的研究方法，如膜片钳(尤其是单通道记录)方法及结果分析、多种模型化分析(门控模型、Markov链模型、Rosetta结构模型等)研究方法、通道结构研究方法(荧光光谱法、冷冻电镜法、X线衍射晶体法等)、通道分子生物学及遗传学研究方法、通道抑制剂的使用、高通量通道功能检测方法等。第三部分(共18章)为各种离子通道分述，既包括经典的电压门控性离子通道(如电压门控性钠通道、KCNQ通道)、配体门控性离子通道(如5-HT3受体、GABAA受体)，也涵盖其他专著述及较少的与近年来研究进展较大的离子通道，如双孔区钾通道、环核苷酸门控性通道、酸感受性通道、多种TRP通道等。总体上看内容还是比较丰富、全面的，只是在此章中有的重要通道家族如电压门控性钙通道未提及，电压门控性钾通道只讲了KCNQ通道。不过，电压门控性钙通道在下一部分作为钙调素的调节靶点做了一些介绍，电压门控性钾通道则在第一部分作为例解多有述及。第四部分(共5章)介绍了离子通道的调节，涵盖G蛋白、钙调素、磷酸化、变体剪接及通道单跨膜调节亚基等对通道的调节。第五部分(共5章)为离子通道生理与疾病，均为与生理或疾病相关的专题型章节，如心脏中的离子通道、痛觉相关的离子通道、与疾病有关的CLC相关蛋白及CFTR阴离子通道、以离子通道为靶点的药物等，从应用性专题的角度对相关的离子通道做了串讲，其中一些内容也是对第三部分的补充。
本书作者阵容庞大，2位主编及71位参写者(其中，华人或华裔18位)均为活跃于离子通道研究领域的专家，有很好的科研训练背景和科研经历。他们分别撰写自己长期使用的方法或长期研究的通道，如Declan A. Doyle等撰写通道蛋白结构解析；William A. Catterall撰写电压门控性钠通道；Nikita Gamper和Mark S. Shapiro撰写KCNQ通道；Lily Jan等撰写钙激活性氯通道；David T. Yue等撰写钙通道的调节等等，从而保证了此书的科学性和新颖性。因此，著名的离子通道研究专家Richard W. Aldrich对此书给予了很高的评价，称其为Hille的经典著作Ion Channels of Excitable Membranes 以及Bert Sakmann和Erwin Neher的经典著作Single Channel Recording (《单通道记录》)[5]的更新和补充，并相信这是一本读者亟需的权威性新著[6]。
另外，对有些数理化基础比较薄弱的读者(尤其是接受医学教育的读者)而言，如果说他们阅读Hille教授著作中的生物物理和电化学内容，或者阅读Sakmann和Neher的Single Channel Recording书中的膜片钳技术原理感到困难，甚至望文却步的话；那么，他们会感到此书(Handbook of Ion Channels)更具易读性，因为此书的基本风格是关于离子通道研究方面的综述集，偏重于从生物医学角度对离子通道进行描述，正好与Hille以及Sakmann和Neher的经典著作形成互补，亦即本书的最大的特点是不再以电生理原理、方法、模型及数据为主，而是涵盖各种传统和新颖的实验方法以及所得结论，尤其从分子水平对通道的结构、功能、调制、药理、临床等进行较为细致地阐述，也很好地反映了关于离子通道研究的最新进展。因此，本书比较适合于大多数读者阅读，我们相信本书会受到中国同行们的青睐。
本书也有不足之处，如没有根据离子通道的基因家族分类以更恰当的逻辑层次对已知通道做系统的、详略得当的讲解；对一些大的、重要的通道家族(如电压依赖性钾通道、钙通道)缺乏概述；对某些具体的、研究较多的通道也有疏漏。另外，书中有不少图注里没有标明插图的出处，即使是同一部分内的不同章节的参考文献编排体例也有不一致。不过，瑕不掩瑜，这毕竟是一部由众多权威专家参与写作的巨著，绝大多数单章的写作质量相当出色，我们可以说此书是2001年以后集离子通道研究之大成的权威性著作【注】。

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引用本文：

关兵才, 周专, 张海林. Handbook of Ion Channels——一部系统介绍离子通道的新作问世[J]. 生理学报 2015; 67 (5): 533-534.

GUAN Bing-Cai, ZHOU Zuan, ZHANG Hai-Lin. Handbook of Ion Channels——一部系统介绍离子通道的新作问世. Acta Physiol Sin 2015; 67 (5): 533-534 (in Chinese with English abstract).