Chem. Sci.：聚集诱导光偶联反应促发仿生磷脂膜的生成

尽管地球早在35亿到40亿年前就出现了生命，但对于生命如何在原始环境出现，人们至今还没有一个清楚的认识。原细胞模型为剖析生命起源的机理提供了可能。其中细胞膜的形成被认为是生命起源过程中至关重要的阶段，它为生命物质提供独立空间，并促进与外部世界的能源交换，使新陈代谢和生长分裂成为可能。

现代细胞膜是由磷脂分子发生双分子层自组装而形成的，因此，磷脂类分子普遍被认为是模拟原始细胞膜的最佳模型。为了模拟细胞膜动态形成过程，人们尝试利用各种化学反应去原位生成这些膜分子，然后通过自发自组装形成囊泡去模拟原始细胞膜的形成。目前为止，主要的策略分为以下两种：一种是仿生催化两个分子的偶联反应驱动磷脂膜的自发形成。然而，化学催化剂和金属的配体的加入不仅使反应体系复杂化，而且对其生物相容性有很大影响；另一种是利用无催化剂化学偶联反应生成磷脂分子引发磷脂膜的形成。这个反应过程是自发的，缺乏控制，这与细胞膜通过促发酶催化合成磷脂机制存在本质上的不同。因此，开发无催化剂和刺激响应性的磷脂合成反应对于研究原始细胞膜的形成更具科学意义。

近日，受细胞通过酶催化合成磷脂分子启发，华东理工大学朱麟勇（点击查看介绍）、包春燕（点击查看介绍）教授团队在Chemical Science 上发表论文，基于该课题组多年邻硝基苄基光化学反应领域的研究（Adv. Mater., 2016, 28, 2724; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1706918; Chem. Mater., 2019, 31, 4710; Chem. Commun., 2020, 56, 2264等），首次提出利用邻硝基苄基光偶联反应来实现磷脂分子的原位合成，在不使用任何催化剂的同时实现了光实时可控性，从而为动态模拟原始细胞膜的形成提供新方法。如图所示，以溶鞘磷脂（Lyso）和2-硝基苄基醇衍生物（NBs）作为前驱体，Lyso表面活性剂性质使其与疏水性NBs形成自组装聚集体，反应基团空间上的拉近为接下来的光偶联反应提供有利条件。光照后，NBs产生活性醛基，从而与邻近的Lyso上的氨基发生高效、特异性亚胺偶联反应，原位生成磷脂分子，再经过自发组装得到仿生囊泡。前体分子的预组装减少了光偶联反应过程中副产物的生成，使其不受水溶液pH和共存生物分子的影响，在光的刺激下形成囊泡。酶的成功包裹和基于葡萄糖转运的GOX-HPR酶级联反应的发生证明光引发囊泡形成可以用作生物反应器。这个光生磷脂膜为利用外部刺激引发原始细胞膜形成提供了新思路，在医药、合成生物学领域有着重要潜在应用。

该论文由华东理工大学博士生周耀武和杨会婷在包春燕教授指导下完成，同时获得了团队朱麟勇教授的大力支持和悉心指导。该研究成果得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等资金的支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

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

导师介绍

朱麟勇

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

包春燕

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