我国学者创建钾离子通道“折纸风车”模型 合理阐释细胞动作电位、静息电位发生机制

　　黑龙江省亚欧脑科学研究院孙作东研究员在脑科学基础理论研究领域又获新突破，近日在美国医学科学期刊Journal of US-China Medical Science(UCMS)同期刊发3篇论文——《钾离子通道“折纸风车”模型》《用钾离子通道“折纸风车”模型阐释细胞动作电位发生机制》《鸠子论的修订与补充》，首次对细胞动作电位与静息电位产生机制和钠-钾泵作用的基本理论提出质疑，同时应用钾离子通道“折纸风车”模型原理，合理地阐释了动作电位发生的全过程。孙作东在研究中还建议，Aβ假说堪称人们认识阿尔茨海默病的误区之一，需从战略高度与学术层面予以澄清和认定。经检索查新结果证实，上述观点和结论尚属国际首报。

　　这其中，《钾离子通道“折纸风车”模型》一文，正文不足千字，恰如当年沃森和克里克发表的著名“DNA螺旋结构模型”论文一样简洁。借助此模型原理，孙作东合理阐释了动作电位发生全过程：动作电位上升相——去极化过程，相当于细胞在“放电”，由特殊离子通道旋入的钠离子所主导，即旋入的钠离子、溢出的钾离子、多出的正电荷的比例为3：2：1；动作电位下降相——复极化过程，相当于细胞在“充电”，由特殊离子通道旋入的钾离子所主导，即旋入的钾离子、挤出的钠离子、多出的负电荷的比例为2：3：1。

　　这种解释，与膜学说、离子学说的核心观点，以及国际学者对动作电位、静息电位发生机制的理解“背道而驰”，否定了选择性过滤器原子模型和船桨模型，关系到是否有助于从源头上回答人类健康和疾病的基本生物学问题，涉及到了阿尔茨海默症、帕金森病乃至癌症等世界性医学难题的科研方向和治疗方法。孙作东据此对美国生物学教科书提出质疑，认为美国将这些尚存异议的理论当成“公认理论”传授给了大学生和中学生，可能构成一种误区，阻碍公众的科学认知。

　　孙作东介绍，之前关于静息态细胞膜“内负外正”形成的原因是“钾离子外流相应的负电荷仍留在细胞内所致”的观点，已被世界各国当成公认的基础理论写入高等与中等教育的生物学教科书中，如美国贝尔等主编的《神经科学：探索脑》一书中的第1篇第3、4章，美国奥尔顿·比格斯等著《生物：生命的动力》一书中的第36章第1节，都涉及到了动作电位、静息电位产生机制和钠-钾泵的作用；《神经科学：探索脑》被作为优秀的生命科学高等教材在美国及世界范围内使用，而《生物：生命的动力》则是美国高中主流理科生物学教科书。这些尚存异议的“生物学基础知识”，对大中学生的影响是深远的，这样的认知有可能让全球生命科学界“星际迷航”。

　　孙作东评价指出，对比起来，中国的高中《生物》教材编写的比美国谨慎和客观得多，如人民教育出版社出版的高中《生物》必修3第2章第1节，虽涉及到了动作电位与静息电位，但没有对其产生机制做出解释，编写者的这种求是的学风值得肯定。他同时也指出，由教育科学出版社出版的2020版《曲一线科学备考》系列之《5年高考3年模拟：人教版.高中生物.3:必修》第2章第1节第1课时“知识清单练”“基础过关练”“能力提升练”中的相关练习题，不宜出现在高考试卷中。

　　要将好的科学方法介绍给高中生，应该成为一种共识。人民教育出版社出版《生物》必修3第24页的科学方法，“提出新的假说往往需要大胆的质疑和丰富的想象。有时，不同的假说都能在一定程度上解释某一科学事实，哪一个假说能够成为公认的理论，取决于进一步的观察和实验”，孙作东对此表示赞同。他说，当一个假说不能合理解释某一科学事实时，就应该存疑，就不应该当成“公认的理论”写入教科书。另外，孙作东也指出了《生物》必修3《科学·技术·社会》提到的“2018年中国脑计划正式启动”，克隆猴“中中”、“华华”等不确定不适宜代表“中华”先进水平的内容，也包括必修1、2、3的开篇“科学家访谈”，建议再版时进行修订。

　　对自己已经公开发表过的《鸠子论》进行修订与补充，孙作东研究员谈了个人观点，“此次修订也是基于前两篇论文发现的问题，Aβ假说使脑科学家们偏离了攻克阿尔茨海默病的研究方向，涉及到范式转移，应从战略高度与学术层面厘清和修正，试图对其修修补补、免强维持，不科学也无现实意义”。

　　以上论文正面提到了14位国际知名学者的工作，其中包括五位诺贝尔奖获得者——艾伦·劳埃德·霍奇金(Alan Lloyd Hodgkin)、安德鲁·赫胥黎（Andrew Fielding Huxley）、罗德里克·麦金农（Roderick MacKinnon）、伯纳德·卡茨（Bernard Katz）、延斯·克里斯蒂安·斯科（Jens Christian Skou），其他九人也多为美国的科学院院士。

　　另据了解，孙作东研究员的脑细胞激活论、鸠子论等相关论文中文版也已在中国科技论文在线、中国科学院科技论文预发布平台、中国脑科学网等平台上公开发布。（衣晓峰 王爱丽）

　　新闻链接1：孙作东简介

　　孙作东，1966年生，研究员，博士后合作导师，“鸠子论”、“脑细胞激活论”的创立者，脑科学π计划执笔人，世界首台帕金森治疗仪、阿尔茨海默治疗仪、脑功能康复治疗仪、抑郁症治疗仪发明人；享受国务院政府特殊津贴，“新世纪百千万人才工程”国家级人选，“中国青年五四奖章”获得者；黑龙江省“生物医学电子学”领军人才梯队带头人，黑龙江省脑病康复治疗设备工程技术研究中心负责人；奥博医疗创始人，黑龙江省亚欧脑科学研究院院长。自1994年至今，一直从事脑科学基础理论研究与重大脑病康复治疗设备的研发工作，他的脑科学系列研究成果，从重大脑病的发病原因、发病机制到治疗方法、治疗机理，经历了实践--理论--再实践--再理论的过程，现已自成体系。

　　新闻链接2：钾离子通道“折纸风车”模型

　　钾离子通道“折纸风车”模型，是应用物理生物学原理揭示钾离子通道的运行机制，由孙作东研究员创建，原理：钾离子等阳离子与通道螺旋内带正电荷的氨基酸残基形成的排斥力推动“风齿”后退、“风车”旋转，而钾离子通道孔径大小随着“风车”转速的快慢而变化，决定着通道孔相对于钾离子的“开放”与“关闭”，特点是四条通道螺旋形成一个独立功能单位，同步单方向旋转，或顺时针或逆时针，但一个通道“风车”只能按一个方向旋转，转运钾离子方式是被动单向只进不出，对ATP没有依赖性。应用此模型能够合理解释细胞静息电位、动作电位发生全过程：动作电位上升相，由特殊离子通道旋入的钠离子所主导；动作电位下降相，由特殊离子通道旋入的钾离子所主导。