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近日，華東理工大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授包春燕和曲大輝合作，利用光驅(qū)動(dòng)分子馬達(dá)模擬天然轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的結(jié)構(gòu)和功能，實(shí)現(xiàn)了高效、光可控、鉀離子選擇性的跨膜運(yùn)輸，并具有癌細(xì)胞選擇性，能通過(guò)促使癌細(xì)胞內(nèi)鉀離子快速外流，引發(fā)caspase(一種蛋白酶)依賴(lài)的細(xì)胞凋亡。相關(guān)成果以《光驅(qū)動(dòng)分子機(jī)器驅(qū)動(dòng)鉀離子通道傳輸和誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡》為題，發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上。

“細(xì)胞膜上離子的轉(zhuǎn)運(yùn)與許多生命活動(dòng)息息相關(guān)，鉀離子的轉(zhuǎn)運(yùn)在調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)釋放、胰島素分泌、平滑肌收縮、細(xì)胞增殖和凋亡等方面發(fā)揮著重要作用。”包春燕告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，“例如，癌細(xì)胞內(nèi)鉀離子的外流是癌細(xì)胞發(fā)生凋亡的特征之一。因此，高效的鉀離子人工離子傳輸體系有望用作藥物實(shí)現(xiàn)癌癥治療。”

受自然界利用生物分子機(jī)器轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的啟發(fā)，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出一種以光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)為核心結(jié)構(gòu)的人工離子轉(zhuǎn)運(yùn)體結(jié)構(gòu)，通過(guò)識(shí)別基團(tuán)的接力傳遞和光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鉀離子的高效跨膜傳輸。

研究表明，整個(gè)分子可以垂直插入并橫跨脂質(zhì)膜形成穩(wěn)定的鉀離子通道，在紫外光照射下，馬達(dá)在磷脂膜內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可提供額外的能量，加速離子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。

研究人員結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)理論計(jì)算，可以推測(cè)馬達(dá)分子通過(guò)膜外離子抓捕、游入磷脂膜、接力傳輸和游出釋放離子的一系列過(guò)程實(shí)現(xiàn)離子的跨膜傳輸。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明，所設(shè)計(jì)的馬達(dá)分子能有效作用于癌細(xì)胞膜，通過(guò)光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)促進(jìn)胞內(nèi)鉀離子外流，從而引發(fā)caspase依賴(lài)的癌細(xì)胞凋亡。

“該工作為推進(jìn)人工離子傳輸體系實(shí)現(xiàn)癌癥和人類(lèi)其它疾病的治療提供新的契機(jī)。”包春燕說(shuō)。(作者：張雙虎 黃辛 )