离子通道是镶嵌于细胞膜上的一类蛋白大分子,承担着细胞内外离子转运等多种生理功能。离子通道的结构异常或活性改变会引发机体病变,即发生所谓的“离子通道病”。因此,对离子通道介导的离子跨膜传输体系的研究不仅有助于我们了解疾病的发展过程,而且在新药研发方面也具有广阔的应用前景。天然离子通道不但种类繁多,结构功能非常复杂,而且还受温度和pH值等多种因素的影响。因此,科研人员一直致力于设计合成结构相对简单的有机小分子化合物来模拟天然离子通道的结构和生理学功能,并期望用于相关疾病的治疗。在构筑人工离子跨膜传输剂的各类基本骨架中,胆酸因其独特的结构特点表现出很大的优势:首先,胆酸分子具有两亲性,可嵌入磷脂双分子层中形成亲水性孔道;第二,胆酸具有多个可官能化的位点,可以连接上各类官能团而协助离子跨膜转运;第三,胆酸分子的长度与磷脂单分子层的厚度相匹配,因而用适当基团连接的胆酸二聚体可以横跨磷脂双分子层,表现出良好的离子传输活性。但是,目前报道的胆酸二聚体大都表现出阳离子选择性,具有阴离子选择性传输活性的胆酸二聚体则鲜有报道。因此,要构筑基于胆酸二聚体的阴离子跨膜传输剂,还需要引入能够与阴离子产生强相互作用的结构因素。构效关系表明,一个化合物具有阴离子选择性传输活性,在结构上一般需要满足几个条件:(1)分子须有两亲性;(2)具有离子传输能力的活性结构在长度上应与磷脂双分子层的厚度相匹配,或者能在磷脂双分子膜中自由穿梭;以及(3)分子结构中具有与阴离子形成氢键和(或)静电等相互作用的基团,例如酰胺、硫脲和(质子化)氨基等。根据这些构效关系,本题组报道了一类甾醇-精胺共轭四聚体化合物,并发现此类化合物能够选择性传输氯离子,传输机制为阴离子-阴离子交换。但是氯离子传输活性较低,原因可能在于(1)化合物的柔性过大,分子难以整体嵌入磷脂双分子膜中形成具有离子传输性能的活性结构;以及(2)多胺基团在胆酸单元上的连接位置使多胺链难以稳定存在于磷脂双分子层中,不能有效地与阴离子形成氢键和(或)静电等相互作用。本文针对四聚体化合物结构上的缺陷,设计合成了两类由刚性基团连接的胆酸-精胺共轭二聚体。第一类是化合物1,由刚性对苯二甲胺将3-位羟基缀合上精胺链的胆酸单元连接而成,刚性结构保证化合物可以贯穿磷脂双分子层,而精胺链可为阴离子提供作用位点,以实现对阴离子的选择性传输作用。化合物2是化合物1的对照物,由柔性基团连接而成。第二类是化合物3,通过将位于化合物1结构两端的精胺链移至两个胆酸单元之间,以确保多胺链随着嵌入膜中的骨架结构稳定地分布在膜中,可望发挥协助阴离子传输的作用。化合物1-2通过以下方法合成:首先,用N,N’-琥珀酰亚胺基碳酸酯(DSC)活化胆酸甲酯,与精胺反应并用二碳酸二叔丁酯((Boc)20)保护剩余的氨基。然后用LiOH水解甲酯得到羧酸,经N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)活化后,分别与对苯二甲胺和腐胺反应,并用三氟乙酸(TFA)脱去Boc保护基,即得到目标化合物1和2。化合物3则通过以下方法合成:首先,用NHS活化胆酸,与L-谷氨酸γ-苄酯反应,然后再次用NHS活化,与对苯二甲胺发生反应,得到由苯环连接的胆酸二聚体衍生物。以钯碳催化氢化脱去苄基保护后再用NHS活化,与Boc保护的精胺反应,最后用TFA脱去Boc保护基,得到目标化合物3。化合物1-3的结构用1 H-NMR,13C-NMR,ESI-MS以及HRMS确认。然后以卵磷脂(EYPC)脂质体为模型,采用荧光光谱法和氯离子选择性电极法详细研究了化合物1-3的阴离子跨膜传输活性和阴阳离子选择性。pH discharge实验发现,化合物1-3都具有跨膜离子传输能力,其活性均有高度的浓度依赖性。Hill分析发现,化合物1-3的活性强弱顺序为1>3>2。有趣的是,化合物1-3的离子传输活性都高于一些已报道的优良人工阴离子传输剂。此外,Hill分析还表明,化合物1和2主要以3～4个分子在膜中聚集形成具有离子传输能力的活性结构,而化合物3则主要由2～4个分子形成。氯离子传输活性实验表明,化合物1-3都具有跨膜转运Cl-的能力,而且当脂质体外部环境中的阴离子由N03-置换成S042-后,化合物1-3的氯离子传输活性均受到明显抑制。这个结果说明阴离子的转运是整个离子传输过程的限速步骤,传输机制可能主要是阴离子间的交换作用。另外,化合物1-3对不同一价阴离子都具有一定的选择性。其中,化合物1的阴离子选择性顺序是NO3->Cl->Br-≈I-;化合物2的选择性为I->Br-≈NO3->Cl-;而化合物3的选择性则是I->>NO3->Br-≈Cl-,而且对碱金属离子没有选择性。阴阳离子选择性实验也进一步证实了化合物1-3的阴离子传输机制可能主要是阴离子间的交换作用。上述研究结果表明,由刚性基团连接的胆酸-多胺共轭二聚体结构可能有利于化合物横跨磷脂双分子层,而适宜的脂溶性可促使化合物分子与磷脂分子发生相互作用而稳定分布于膜中形成活性结构,增强离子传输能力。此外,通过改变功能团的结构和在分子中的空间位置,可实现胆酸二聚体对不同阴离子的选择性。今后,将在此研究结果的基础上,拟通过改变结构中的氨基数目,实现胆酸二聚体化合物对阴阳离子选择性的调控,并进一步阐明阴阳离子选择性的构效关系,从而为具有优良离子跨膜传输活性和选择性的有机小分子化合物的合理设计提供参考。