众所周知，细胞可以利用磷脂膜上的通道蛋白与外界进行物质和信息的交换并维持生命活动的正常运行，天然通道蛋白的功能异常会导致一系列通道类疾病的发生。近四十年来，化学家们通过模拟天然通道结构和性质，构筑了一系列具有较高离子选择性、门控特性、生物活性的人工离子通道，期望通过利用仿生通道来替代病变的通道蛋白，实现对离子通道疾病治疗的目的。近年来，杭州师范大学刘俊秋教授团队在人工离子通道构筑、调控、生物应用等领域取得了诸多进展 (Adv. Mater. 2024, 2312352, Adv. Funct. Mater. 2024, 2400432, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202210214, Nano Lett. 2021, 21, 10462−10468. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 13602–13607. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 9723–9727. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 12668–12671.）。
近日，刘俊秋教授团队回顾了仿生人工离子通道近40年的发展历程，总结化学家们如何利用有机合成的方式实现对天然通道蛋白从结构到功能的模拟。论文首先介绍不同类型天然跨膜离子（如H+, Na+, K+, Ca+, Cl–）通道蛋白的晶体结构、离子传输机制、生理功能以及这些通道蛋白病变可能引发的各种生理疾病。随后，详细阐述化学家如何利用大环分子（例如环糊精、冠醚、柱芳烃、杯芳烃、葫芦脲、环肽、芳香大环）、人造螺旋、分子机器等新颖结构实现对离子的选择性跨膜传递。此外，论文还介绍了科学家们如何利用pH、光、电压等刺激方式对人工通道离子传输开-关的动态调控。最后，论文总结了当前人工离子通道在抗菌、抗癌、离子通道疾病治疗等生物医药领域的广阔应用前景。
本综述论文主要针对：1.天然通道具有哪些特点？2.为什么要构建仿生离子通道？3.如何构建仿生离子通道？4.仿生离子通道都有哪些应用？等一系列科学问题进行详细深刻地探讨。论文结尾，作者还阐述了当前人工离子通道研究所面临的诸多困难和挑战以及相关的应对策略等，为将来新型仿生离子通道的开发以及功能化研究指明了方向。相关论文以“Transmembrane Ion Channels: From Natural to Artificial Systems”为题，发表在国际著名期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》（IF = 16.2）。论文第一作者为杭州师范大学闫腾飞副教授，通讯作者为杭州师范大学刘俊秋教授。
作者简介
刘俊秋，教授、博士生导师，国家基金委杰出青年基金获得者，教育部国家重大人才工程特聘教授，英国皇家化学学会会士(Fellow of the Royal Society of Chemistry，FRSC)。先后主持国家重点研发计划课题、国家高技术研究发展计划(863计划)子课题、国家重点基础研究发展计划(973计划)子课题、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金重点国际合作等项目。在Chem. Rev.，Chem. Soc. Rev.，Acc. Chem. Res.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.等国际知名期刊已发表SCI研究论文300余篇，主编英文专著1部，参编8部，担任J. Biomat. Nanobiotech，General Chem.，Polym. Sci.，高等学校化学学报等杂志编委。任中国生物物理学会纳米酶分会副会长、中国化学会化学生物学专业委员会委员、中国生物材料学会生物医用高分子材料分会委员等。
闫腾飞，理学博士，副教授，硕士生导师，2019年博士毕业于吉林大学化学学院，2023正式入职杭州师范大学材料与化学化工学院，主要研究方向包括：超分子自组装、人造折叠体、人工跨膜离子通道、生物医用纳米材料等。主持国家自然科学基金青年项目一项，以第一作者或通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Nano Lett. Adv. Funct. Mater. 等国际著名期刊发表SCI论文30余篇。
全文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202416200声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
