论文信息：

Identification of Isomerically Diverse Ginsenosides Using Engineered Aerolysin Nanopore via Non-Translocation Blockade Sensing

Jing Wang, Minmin Li,* Chen Zhang, Xinjia Zhao, Yuting Xiong, Yuchen Cao, Dongdong Wang, Xiaonong Li, Xinmiao Liang,* Guangyan Qing*

Angew. Chem. Int. Ed., 2025, XX; DOI: 10.1002/anie.202506741

文章链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202506741

近日，我所生物技术部生物分离与界面分子机制研究组（1824组）卿光焱研究员、李闵闵副研究员团队和本草物质科学研究室（28室）梁鑫淼研究员团队合作，在糖链纳米孔单分子分析方面取得新进展。团队利用工程化改设计改造的气单胞菌溶素纳米孔，利用独特的增强型非易位堵塞传感机制，实现了多种人参皂苷分子的高分辨单分子识别，以及在复杂样品中的定性和定量分析。。 

       人参作为具有五千年应用历史的传统药用植物，其核心活性成分——人参皂苷（ginsenosides）已被证实具有免疫调节、神经保护、抗肿瘤及延缓衰老等多重药理活性，在药品开发、功能性食品及疫苗佐剂等领域展现出重要价值。然而，人参皂苷的结构呈现出显著的复杂性，主要体现在糖基化位点、糖链长度和组成、糖苷键构型、连接方式以及苷元骨架类型等方面的差异。在植物化学方面，不同人参属植物具有特征性的皂苷组成，这种组成差异导致其药理活性存在显著区别。因此，建立高效、准确的人参皂苷识别与分析方法，不仅为物种鉴定和质量评价提供了科学依据，更为人参源性产品的质量控制与标准化生产奠定了关键技术基础。

       卿光焱团队一直致力于推动纳米孔单分子传感技术在复杂糖链分析中的应用（Chem. Sci., 2020； Nat. Commun., 2023；ACS Nano, 2024；Nano Lett., 2025）。团队前期利用野生型气单胞菌溶素Aerolysin纳米孔，在高离子强度环境中实现了中性甜菊糖苷的单分子分析（ACS Nano, 2024）。在此基础上，经过理性设计和蛋白质工程化改造，成功构建了S278K突变体纳米孔。该突变体在K278-R220区域表现出更小的孔径以及更高的正电荷密度，促使纳米孔产生更强的电渗流，能够诱捕溶液中人参皂苷分子进入孔道。在受到空间壁垒和来自孔壁赖氨酸和精氨酸等残基的氢键作用后，进孔的人参皂苷分子被困在该区域，并停留数十到数百毫秒，形成了显著增强的非易位堵塞传感。与野生型相比，S278K突变体的信号持续时间提升43倍，分辨率提高77%，成功实现了至少30种异构多样的人参皂苷（包括糖基组成、连接、修饰和苷元类型等差异）的精准识别。团队进一步开发了基于卷积神经网络的智能纳米孔数据分析模型，实现了对人参提取物中人参皂苷定性和定量分析，以及不同人参属植物的区分和鉴定。这项工作展示了纳米孔单分子传感技术对于复杂糖苷化合物的表征和识别能力，以及“纳米孔传感-AI分析”联用技术在食品药品质量控制中的应用前景。该工作建立的非易位堵塞传感策略为其他结构异质的糖质小分子的精准识别提供了普适性方法学参考。

       相关研究成果以“Identification of Isomerically Diverse Ginsenosides Using Engineered Aerolysin Nanopore via Non-Translocation Blockade Sensing”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。该工作的第一作者是博士生王婧。上述工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、我所创新基金等项目的资助。