細胞是人體和其他生物體的基本結(jié)構(gòu)與功能單位。細胞膜將細胞內(nèi)容物與細胞外液分隔開來，使細胞獨立于外部環(huán)境的變化而保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。維持內(nèi)環(huán)境處于穩(wěn)定狀態(tài)是機體執(zhí)行正常生理功能的必要條件，而這種狀態(tài)的維持有賴于細胞內(nèi)、外離子濃度的動態(tài)平衡。
離子通道存在于所有的細胞中，參與包括心臟起博在內(nèi)的許多重要生命過程，而且是藥物發(fā)揮作用的主要靶分子之一。也就是說，藥物容易和離子通道相結(jié)合，從而產(chǎn)生藥理效應(yīng)或者副作用。因此，對于任何一種新藥而言，美國食品和藥物管理局（FDA）和其他一些監(jiān)管機構(gòu)要求，制藥廠商除了對發(fā)揮藥理作用而針對的靶分子進行篩選外，對其他一些可能產(chǎn)生副作用的靶分子（例如心肌細胞離子通道）也必須進行篩選測試。這種篩選策略的目的是為了減少潛在的副作用，我們稱之為安全藥理學(xué)。
很早以來人們就知道，包括人體細胞在內(nèi)的所有活細胞，其細胞內(nèi)液和細胞外液中鈉離子和鉀離子的濃度有很大不同。以神經(jīng)細胞為例，正常狀態(tài)下細胞內(nèi)鉀離子濃度約為胞外的30倍，而膜外的鈉離子濃度約為膜內(nèi)的12倍。這種存在于細胞膜兩側(cè)帶電離子分布的不均勻性，是跨細胞膜離子電流和神經(jīng)細胞電信號產(chǎn)生的基礎(chǔ)。由脂質(zhì)雙分子層所構(gòu)成的細胞膜，在理論上只能允許脂溶性物質(zhì)通透。但是在膜結(jié)構(gòu)中一些特殊蛋白質(zhì)分子的“幫助”下，鈉、鉀、鈣、氯等帶電離子可以順著它們各自的濃度差，由膜的高濃度一側(cè)快速移向另一側(cè)。在這個過程中，對于那些專門用來幫助帶電離子進出細胞的通道，我們就稱之為“離子通道”。通過產(chǎn)生跨膜離子電流，離子通道參與機體許多重要的生理過程，如神經(jīng)信號的產(chǎn)生和傳導(dǎo)，細胞生長、發(fā)育和運動，神經(jīng)可塑性，受精，激素和神經(jīng)遞質(zhì)分泌等等。因此，不難理解離子通道的功能異常會導(dǎo)致疾病發(fā)生。
隨著膜片鉗和分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，近20年來，科學(xué)家們對離子通道的結(jié)構(gòu)和功能都有了深入的認識。我們現(xiàn)在知道，離子通道是由蛋白質(zhì)單體或多聚復(fù)合體構(gòu)成的一種親水性孔道。它們具有選擇性，不同的離子各自具有高度專一的通道，以致常常根據(jù)通道所特異通透的離子來命名此通道，例如鈉通道、鉀通道、鈣通道、氯通道等。這么多離子通道中，有些是自發(fā)性持續(xù)開放的，有些是受到神經(jīng)遞質(zhì)或者電位變化等外部刺激而瞬間打開的。此外，根據(jù)離子的帶電性質(zhì)，又可將其分為陽離子通道和陰離子通道。
圍繞離子通道所進行的科學(xué)研究，大大推動了神經(jīng)科學(xué)、肌肉細胞生理學(xué)以及上皮細胞生理學(xué)的發(fā)展，幾代科學(xué)家為離子通道研究所付出的努力也得到了科學(xué)界的充分認可。
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