细胞膜上离子的转运与许多生命活动息息相关，钾离子的转运在调节神经递质释放、胰岛素分泌、平滑肌收缩、细胞增殖和凋亡等方面发挥重要作用。例如，癌细胞内钾离子的外流是癌细胞发生凋亡的特征之一。因此，高效的钾离子人工离子传输体系有望用作药物实现癌症治疗。
近日，我校化学与分子工程学院包春燕教授和曲大辉教授合作，利用光驱动分子马达模拟天然转运蛋白的结构和功能，实现了高效、光可控、钾离子选择性的跨膜运输，并实现了癌细胞选择性，能通过促使癌细胞内的K+快速外流，引发caspase依赖的细胞凋亡。相关成果以“A Light-Driven Molecular MachineControls K+ Channel Transport and Induces Cancer Cell Apoptosis”为题，发表在Angewandte Chemie International Edition上（DOI：10.1002/anie.202204605）。
受自然界利用生物分子机器转运物质的启发，在该项研究中，研究者创新性地提出一种以光驱动的马达为核心结构的人工离子转运体结构，通过识别基团的接力传递和光驱动马达的旋转运动实现K+的高效跨膜传输。研究表明，整个分子可以垂直插入并横跨脂质膜形成稳定的K+通道，在紫外光照射下，马达在磷脂膜内的旋转运动可提供额外的能量，加速离子的跨膜转运。结合分子动力学理论计算，可以推测马达分子通过膜外离子抓捕、游入磷脂膜、接力传输和游出释放离子的一系列过程实现离子的跨膜传输。细胞实验证明，所设计的马达分子能有效作用于癌细胞膜，通过光驱动马达旋转促进胞内钾离子外流，从而引发caspase依赖的癌细胞凋亡。该工作为推进人工离子传输体系实现癌症和人类其它疾病的治疗提供新的契机。
论文由费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心博士生杨会婷和硕士生易瑾昊在包春燕教授、曲大辉教授共同指导下完成，其中大量的理论计算部分由特聘研究员练成所在团队完成，并获得了田禾院士、朱麟勇教授和杨弋教授的大力支持和悉心指导。该研究成果得到了国家自然科学基金、上海市科技重大项目以及“111计划”等资金的支持。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202204605
