現代細胞膜是由磷脂分子發生雙分子層自組裝而形成的，因此，磷脂類分子普遍被認為是模擬原始細胞膜的最佳模型。為了模擬細胞膜動態形成過程，人們嘗試利用各種化學反應去原位生成這些膜分子，然後透過自發自組裝形成囊泡去模擬原始細胞膜的形成。目前為止，主要的策略分為以下兩種：一種是仿生催化兩個分子的偶聯反應驅動磷脂膜的自發形成。然而，化學催化劑和金屬的配體的加入不僅使反應體系複雜化，而且對其生物相容性有很大影響；另一種是利用無催化劑化學偶聯反應生成磷脂分子引發磷脂膜的形成。這個反應過程是自發的，缺乏控制，這與細胞膜透過促發酶催化合成磷脂機制存在本質上的不同。因此，開發無催化劑和刺激響應性的磷脂合成反應對於研究原始細胞膜的形成更具科學意義。

近日，受細胞透過酶催化合成磷脂分子啟發，華東理工大學朱麟勇、包春燕教授團隊在Chemical Science 上發表論文，基於該課題組多年鄰硝基苄基光化學反應領域的研究（Adv. Mater., 2016, 28, 2724; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1706918; Chem. Mater., 2019, 31, 4710; Chem. Commun., 2020, 56, 2264等），首次提出利用鄰硝基苄基光偶聯反應來實現磷脂分子的原位合成，在不使用任何催化劑的同時實現了光實時可控性，從而為動態模擬原始細胞膜的形成提供新方法。如圖所示，以溶鞘磷脂（Lyso）和2-硝基苄基醇衍生物（NBs）作為前驅體，Lyso表面活性劑性質使其與疏水性NBs形成自組裝聚集體，反應基團空間上的拉近為接下來的光偶聯反應提供有利條件。光照後，NBs產生活性醛基，從而與鄰近的Lyso上的氨基發生高效、特異性亞胺偶聯反應，原位生成磷脂分子，再經過自發組裝得到仿生囊泡。前體分子的預組裝減少了光偶聯反應過程中副產物的生成，使其不受水溶液pH和共存生物分子的影響，在光的刺激下形成囊泡。酶的成功包裹和基於葡萄糖轉運的GOX-HPR酶級聯反應的發生證明光引發囊泡形成可以用作生物反應器。這個光生磷脂膜為利用外部刺激引發原始細胞膜形成提供了新思路，在醫藥、合成生物學領域有著重要潛在應用。

該論文由華東理工大學博士生周耀武和楊會婷在包春燕教授指導下完成，同時獲得了團隊朱麟勇教授的大力支援和悉心指導。該研究成果得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃等資金的支援。

In situ formation of a biomimetic lipid membrane triggered by an aggregation-enhanced photoligation chemistry

Yaowu Zhou, Huiting Yang, Chenxi Wang, Yuan Xue, Xuebin Wang, Chunyan Bao, Linyong Zhu

Chem. Sci., 2021, DOI: 10.1039/D0SC06049F

導師介紹

朱麟勇

https://www.x-mol.com/university/faculty/10436

包春燕

https://www.x-mol.com/university/faculty/10484