膜片钳技术的应用进展（三）

4  膜片钳技术的主要用途

    膜片钳技术广泛用于研究细胞离子通道，已经成为研究细胞水平生理功能的常用技术。归纳其主要用途包括^［4］ ：1）可分辨单通道电流，直接观察通道开启和关 闭的全过程。通过测得的单通道特征参数可鉴别通道类型，同时可验证和研究通道的开关动力学模型。2）单通道记录可以解释某些药物的作用机制，以研究特定药 物对电压和递质依赖通道的影响。3）膜片钳的空间分辨率高，在中枢神经系统中可分离细胞体与轴突和树突的电流；在周围神经系统中可深入了解受体的分布区域，绘制细胞表面的特定离子通道的分布图。4）“内面向外”和“外面向内”膜片记录允许任意改变膜片内外溶液成分，分别研究单一组分对通道特征的影响，避免了其他成分的干扰。而全膜片记录可用来研究常规电压钳无法研究的小型细胞，在控制细胞内一定离子浓度的同时监测整个细胞膜的电活动。这种方法已被用于采 用重组DNA技术表达的通道研究。5）膜片钳技术还可用于研究第二信使的作用。

5  膜片钳技术的扩展应用与展望

    膜片钳技术与其它技术相结合，使其应用不断扩展。1991年Eberwine和Yeh 等首先将膜片钳技术与PCR 技术结合起来运用，其具体方法是：用全细胞膜片钳记录培养细胞或制备脑片的生物物理学和药理学特征，然后将细胞胞浆内容物收集入膜片微吸管尖内，再把胞浆 RAN反转录成cDNA，然后用PCR直接扩增，PCR的产物通过凝胶电泳和DNA序列进行分析。这两项技术的结合可对形态相似、而电活动不同的细胞做出分子水平的解释^［5］ 。这样在观察电生理功能的同时，分析有关基因表达改变的情况，成功地实现了在单个细胞内同时研究功能与分子的变化。

    通过克隆通道基因转染靶细胞的方法，已能进行通道分类并将与人类有关的通道基因克隆表达，如对KATP异源同构的研究；并用膜片钳记录通道的动力学特性， 增加了对通道结构与功能的认识，例如发现病理和非病理状态下，因通道基因表达的不同而有不同的电生理学特性。分子生物学的发现认为通道的基因表达处于变化之中，不同状态（如发育，疾病）会带来相应的电变化或电重塑^［6］ 。

    膜片钳技术结合Indo1、Fluro2和Fluro3等荧光探针法测定胞内钙浓度，可研究钙内流和胞内钙释放的情况。用放射配体氚即3H结合技术 与膜片钳技术结合，可以检测异丙酚与通道的结合位点^［7］ 。另外，Nygren等^［8］ 和Priebe等^［9］ 用膜片钳实验结合数学模型的方法描述人心房 和心室肌细胞通道特性，并可对特殊状态下心肌的通道变化做出预测。

    总之膜片钳技术以其实用、快速、灵敏、准确及重复性好等技术优势已经在大量的研究中得到证实。膜片钳技术为从分子水平了解生物膜离子通道的门控动力学特征及通透性、选择性等膜信息，提供了最直接的手段，使人们对细胞膜通道功能的认识进入了一个崭新的阶段。膜片钳技术与其它技术结合必将继续为生命科学的发展 做出巨大贡献。

【参考文献】

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［9］ Priebe L,Beuckelmann D J.Simulation study of cellular electric properties in heart failure［J］.Circ Res,1998，82(11):12061223.