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【JACS】光控超分子作用调节钾离子跨膜运输及其诱导癌细胞凋亡的研究 ​

简介 ​

本研究开发了一种基于单链随机异质聚合物（RHPs）的光控人工钾离子通道（P3），通过调整其超分子作用（如氢键作用、π–π作用及主客体作用）实现离子运输状态的可控性。此系统在模拟自然通道蛋白机制方面展现了潜力，并为癌症治疗提供了新思路。 image.png

摘要 ​

研究通过结合偶氮苯光异构体设计的RHPs构建光控钾离子通道P3，可调控三种离子运输状态（“开”、“部分关闭”和“完全关闭”）。研究发现，光刺激导致的钾离子外流引发内质网（ER）应激，产生活性氧（ROS），降低线粒体膜电位（MMP），最终导致线粒体依赖的细胞凋亡。P3展示了高效的钾离子运输能力及显著的抗癌潜力，为人工离子通道的研究和应用开辟了新途径。

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研究结果与讨论 ​

1. 设计与合成 ​

  • 通过RAFT共聚合成包含偶氮苯基团的异质聚合物P3，验证其超分子作用（包括氢键与π-π相互作用）对钾离子通道功能的调控。

2. 运输能力与选择性 ​

  • 实验表明，P3在脂质体模型中表现出优越的钾离子运输选择性（K+/Na+比值高达9.57）及膜电位产生能力，而对Cl-和H+无显著影响。

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1. 光响应与主客体作用 ​

  • 通过光诱导偶氮苯基团的顺反异构化以及与β-环糊精（β-CD）的复合，实现运输状态在“开”、“部分关闭”和“完全关闭”之间的切换。

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1. 对癌细胞的作用 ​

  • P3处理导致癌细胞内钾离子显著外流（4分钟内减少50%），通过内质网应激和线粒体功能障碍引发细胞凋亡。 image.png

  • 流式细胞术、免疫荧光等验证其促进早期与晚期凋亡比例显著增加。

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结论 ​

P3作为一种高效光控钾离子通道，展现出模拟自然通道蛋白的多态性及抗癌治疗的应用潜力。研究揭示了钾离子外流及细胞凋亡之间的关联，为开发新型抗癌策略提供了可能。

参考文献 ​

Li, C.; Wu, Y.; Bao, S.; Li, H.; Xu, Z.; Yan, J.; Yu, X.; He, L.; Zhang, T.; Liu, W.; Hou, S.; Zhang, Y.; Xu, J.; Yan, T.; Wang, T.; Yan, Y.; Liu, J. Photo-Switchable Supramolecular Interactions Regulate K+ Transmembrane Transport and Cancer Cell Apoptosis. J. Am. Chem. Soc. 2025, jacs.4c14583. https://doi.org/10.1021/jacs.4c14583.