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華東師范大學生命科學學院研究員葉海峰研究團隊通過重新編程蛋白質分泌途徑，開發了一個精準可控的蛋白質快速釋放技術平臺PASS系統，實現了蛋白藥物分鐘級別的可控釋放。相關論文已于10月23日刊登在《自然-化學生物學》（Nature Chemical Biology）雜志。

葉海峰介紹，現有的人工定制細胞雖然在疾病治療領域取得了一定的進展，然而它們對外界指令的響應、分析及處理速度仍然處于“1.0版本”的緩慢響應階段。主要原因是這類定制細胞大部分都基于對治療蛋白藥物轉錄或翻譯水平的調控，當細胞感受到外界指令后，需要數小時甚至數天才能表達、釋放出足量的蛋白藥物，無法滿足對有即時用藥需求的疾病治療，如哮喘、心絞痛、疼痛等。

為解決上述人工定制細胞“開機”緩慢的問題，葉海峰團隊設想：能否省略現有定制細胞對蛋白藥物緩慢的轉錄、翻譯以及加工等步驟，將足量的蛋白藥物提前生產好，儲存在細胞的某個“倉庫”中，只要控制倉庫門的打開，就可以實現對蛋白藥物的可控快速釋放。

研究人員基于細胞內蛋白質的分選原理，成功實現了這一目的。具體而言，他們通過一段內質網回收信號，將提前翻譯好的目的蛋白錨定在細胞“內質網倉庫”中，以備用時之需。同時在內質網回收信號和目的蛋白之間融合了一段可以被蛋白酶識別的肽鏈，當這個“鏈子”被蛋白酶水解切除時，錨定在內質網上的治療蛋白就會迅速釋放到細胞外。隨后，研究人員通過調控蛋白水解酶的活性，設計構建了三種精準可控的蛋白質快速釋放系統，分別為小分子調控的蛋白質快速釋放系統chemPASS、響應腫瘤抗原的殺傷蛋白快速釋放系統antigenPASS，以及光誘導調控的蛋白質快速釋放系統optoPASS 。

PASS的設計原理圖。圖片來源：葉海峰團隊

隨后，研究人員將裝載有chemPASS基因線路的定制細胞移植到1型糖尿病小鼠體內，數據顯示，當小鼠口服小分子藥物后，僅需30分鐘就可有效誘導胰島素的釋放，實現快速降血糖。裝載有antigenPASS的免疫T細胞可精準識別腫瘤細胞，釋放殺傷蛋白穿孔素（Perforin）或顆粒酶B（Granzyme B），從而有效殺死腫瘤細胞。實驗還證明，將optoPASS定制化細胞植入1型糖尿病、高血壓以及慢性炎癥性疼痛小鼠模型的皮下，僅需光照15分鐘，就能誘導治療肽的釋放，實現快速降血糖、降血壓以及鎮痛的效果。

“合成生物學使我們能夠按照用戶自定義的需求，對細胞進行有目的的設計、改造和重編程。裝載有人工基因線路的定制細胞，就像一個智能‘細胞藥物工廠’，通常情況下處于休眠狀態。當感受到外界指令如小分子藥物、病理標志物或光、電等物理信號后，它們則會迅速蘇醒，對外界信號進行處理和計算，隨后按需生產釋放蛋白藥物。PASS系統為基礎生物學研究和精準可控的基因治療，以及細胞治療提供了切實可行的蛋白藥物瞬時遞送新方案。”葉海峰表示。