近日，福建省药物新靶点研究重点实验室任长亮教授团队在自适应人工离子通道研究领域取得重要进展。团队设计并构建了一类三肽修饰的大环人工通道，首次将芳香相互作用作为可编程的组装驱动力，实现了单分子氯离子通道向自组装纳米孔的浓度依赖性自适应转变，将通道转运功能从氯离子跨膜运输，拓展至羧基荧光素、葡萄糖等小分子的高效转运。相关成果以“Aromatic Interaction-Driven Adaptive Transformation of Macrocyclic Unimolecular Chloride Channels into Nanopores”为题，发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）杂志。

细胞膜上的部分天然离子通道并非一成不变的静态结构，而更像具有“感知能力”的分子机器，能够感知局部浓度和环境变化，通过分子间动态聚集与结构重组调节自身状态，实现对离子运输和膜通透性的精细控制。这种自适应组装机制广泛存在于成孔毒素、抗菌肽、神经酰胺以及淀粉样蛋白等天然膜通道体系中，是生物膜响应外界刺激并维持功能动态平衡的核心作用机制。相比之下，绝大多数人工离子通道一旦嵌入细胞膜，其组装模式、孔道结构及离子传输特性通常趋于固定。能够像天然体系一样感知环境变化，并自主切换组装状态与传输功能的人工离子通道仍较为稀缺。现有研究显示，目前仅有少数基于动态氢键作用构筑的水通道，以及基于偶极–偶极相互作用调控的氯离子通道，实现了类似的自适应行为。因此，开法新型分子间作用力调控策略，赋予人工离子通道动态响应和功能重构能力，是该领域亟待攻克的核心难题。

对此，研究团队以孔径为0.6 nm的缺电子大环PDP[6]为核心骨架，在其外围对称引入8条三肽侧链，构建了一系列人工离子通道分子。其中，含芳香氨基酸三肽侧链的MC-F和MC-W能够根据自身浓度变化动态调节组装状态：低浓度条件下，单个分子即可通过大环内腔和酰胺氢键协同作用选择性传递氯离子，表现为高效的单分子氯离子通道；当局部浓度升高时，分子间的π-π堆积、CH-π、NH-π等芳香相互作用能驱动多个通道进一步聚集，形成孔径约2.4 nm和3.5 nm的纳米孔，实现从离子传输到小分子运输的功能转换。而含丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸脂肪族侧链的分子MC-A、MC-L、MC-I由于缺乏有效的分子间相互作用，则始终停留在单分子通道状态。

该研究表明，芳香相互作用不仅能够稳定分子组装界面，更可作为一种可编程的组装驱动力，赋予人工通道类似天然体系的环境响应和功能适应能力。该策略突破了传统人工通道结构与功能相对固定的设计理念，为构建具有自适应组装、智能响应和可调控传输功能的新型人工膜系统提供了新的分子设计思路，有望在分子控释、仿生膜技术、合成生物学等领域展现广阔的应用前景 。

厦门大学药学院2024级博士生谢晓盼、2025级博士生万俊呈为本文共同第一作者，任长亮为通讯作者。本研究得到国家自然科学基金（22271240）、深圳市科技创新局项目（JCYJ20240813145701002、JCYJ20250604122915021）、福建省自然科学基金（2024J010009）、翔安创新实验室科技项目（2024XAKJ0102001）以及中央高校基本科研业务费（20720250183）的资助，并得到新加坡南洋理工大学Mu Yuguang团队、山东大学李伟峰团队、湘南学院曾飞团队及厦门大学曾志平团队的大力支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.7110390