近日，365英国上市集团官网化学与分子工程学院包春燕教授课题组在门控离子跨膜传输领域取得重要进展，通过将Zn2+识别模块与轮烷动态特性相结合，首次构建了基于轮烷结构的锌离子门控人工离子通道，成功模拟了天然锌离子激活通道（ZAC）的可逆“开关”机制。相关成果以“Reversible Zn2+-Activated Channel Transport through Monomer-Dimer Interconversion of Rotaxane”为题发表在Angewandte Chemie International Edition （DOI：10.1002/anie.202518408）上。
课题组在轮烷分子机器离子传输平台方面具有深厚积累（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 17992），通过互锁组件的机械穿梭实现类通道离子传输，并系统提升了传输效率（Sci. China Mater. 2025, 68, 2973）、离子选择性（Sci. China Chem. 2023, 66, 2300）与光调控能力（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 14836）。基于此，本研究创新性地提出基于锌离子诱导轮烷二聚化的跨膜传输策略，通过三大核心设计要素的协同作用，成功实现了独特的双态切换功能：（1）不对称两亲滑杆设计：采用亲水四乙二醇头基与疏水锌螯合三联吡啶末端，确保分子在脂质膜中的精确定位与高效嵌入；（2）三环冠醚滑环结构：引入双苯并-18-冠-6-醚单元，增强钾离子选择性并提升单次离子通量，从而显著提高传输效率；（3）滑杆长度优化：将滑杆长度较传统设计缩短50%，为可控构象切换提供关键空间约束。研究显示，单体轮烷长度约2.40纳米，小于脂双层疏水区厚度（约3.0纳米），而二聚体长度可达4.67纳米，其更适于跨膜分布。在无锌离子状态下，系统表现为低活性载体；Zn2+配位后触发三联吡啶介导的二聚化，通过环组件沿滑杆的穿梭接力运动形成连续跨膜路径，实现高效离子通道功能。该系统还可通过Zn2+与三(2-氨乙基)胺（TAEA）的竞争结合实现完全可逆调控，其中TAEA可促使二聚体解离，恢复单体状态。这项研究首次在人工离子通道中，成功模拟了天然ZAC蛋白的“开关”机制，创建了第一个能用锌离子可逆控制通道传输的人工系统。
论文由费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心博士生颜泽昕在包春燕教授的指导下完成，其中理论计算部分由吉林大学赵莉所在团队完成。该研究工作得到了国家自然科学基金、上海市科技重大项目以及上海市细胞代谢光遗传学技术前沿科学研究基地等资金的支持。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202518408