image: 互补的氢键相互作用引导分子在脂质中形成反平行带状组装，两侧悬挂的冠醚环上下排列形成通道，介导离子跨膜传输。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
离子通道蛋白主要负责细胞内外无机离子的运输，对维持细胞稳态和代谢至关重要。它们的结构和功能异常与许多疾病的发生和发展有关。然而，天然通道蛋白不仅结构复杂、稳定性差，而且存在丰度低、难以获取，致使相关研究工作极富挑战。于是，研究人员尝试利用简单的人工受体分子去模拟天然离子通道蛋白的结构和功能，在帮助人们理解天然通道蛋白工作机制并模拟其功能的同时，也为相关疾病诊断、发现特异性治疗药物提供理论基础。
与复杂的单分子离子通道相比，超分子自组装通道具有更简单的分子结构，且易于进行化学修饰调控离子传输性能。受DNA/RNA互补氢键自组装启发，来自华东理工大学的研究团队设计合成了一个简单的“两面神”型碱基衍生物小分子，通过在磷脂膜中形成带状组装通道，实现离子的跨膜运输。通过全面的自组装分析，研究人员发现定向和互补的氢键相互作用使“两面神”小分子形成稳定的带状组装，从而通过反平行组装引导两侧悬挂的冠醚上下排列，在磷脂膜内形成冠醚通道。脂质体和平面双层膜的离子转运活性分析表明，超分子通道可以介导高效和选择性的钾离子跨膜转运，EC50值（达到50%活性所需的通道分子浓度）为4.72μM。此外，研究人员还发现这种超分子通道可以有效触发癌细胞内钾离子的外流，从而通过破坏细胞内外离子电势平衡，诱导癌症细胞凋亡。与HeLa和HCT116癌细胞共培养48小时后，IC50值（半抑制浓度）分别约为100.0和120.0 μM。
这项工作巧妙地利用了“两面神”超分子自互补氢键作用构建人工离子通道，研究人员希望这种简单的人工超分子通道能为开发更高效、更具选择性的离子通道提供新的视角，并为治疗离子通道相关疾病的药物开发开辟新的可能性。