膜蛋白在细胞内外的物质运输、分子识别及信号传导等过程发挥重要作用。离子液体在药物递送、疫苗佐剂领域应用广泛。了解离子液体对膜蛋白的定量调控机制，对于药物设计极为关键。然而，常规实验手段难以解析膜蛋白的跨膜运输过程。

近期，我团队张锁江院士、何宏艳研究员与北京师范大学李辉教授，在J. Am. Chem. Soc.期刊发表题为“Ionic Liquid Gating Induces Anomalous Permeation through Membrane Channel Proteins”的研究论文。

该研究通过分子动力学模拟和单细胞三维扫描技术，以水通道蛋白（AQP2）和钠离子通道蛋白（Nav）为对象，研究了离子液体（ILs）对膜蛋白结构和功能的调控机制。首先，通过分析膜蛋白的二面角分布和结构波动性，发现ILs对膜蛋白结构影响很小，其中ILs会插入水通道蛋白（AQP2）的入口内部，但仅吸附在钠通道蛋白（Nav）的入口外侧；然后，通过自由能分析发现，ILs使水通过AQP2的能垒降低1.88 kcal/mol，而Na+通过Nav的能垒则增加1.70 kcal/mol。进一步，结合膜蛋白的疏水特性和受限水/离子配位效应，提出了离子液体门控机制。最后，通过细胞实验证实了ILs对AQP2的影响，发现ILs处理后，细胞体积对外部渗透压的响应显著加快。相关结果为离子液体基药物的理性设计和疾病诊断提供了基础支撑。

离子液体门控机制

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c03506

文章信息：Ju Liu, Yanlei Wang, Bo Gao, Kun Zhang, Hui Li*, Jing Ren, Feng Huo, Baofeng Zhao, Lihua Zhang, Suojiang Zhang* and Hongyan He*. Ionic Liquid Gating Induces Anomalous Permeation through Membrane Channel Proteins. J. Am. Chem. Soc. 2024, 146: 13588. DOI: 10.1021/jacs.4c03506.