厲害！人工改造的細(xì)胞，可讓綠茶來治療糖尿病
本文通訊作者華東師范大學(xué)教授葉海峰（右）
撰文 | 梅 寶
責(zé)編 | 葉水送
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用綠茶來治療糖尿病，乍聽起來像是偽科學(xué)。千萬別誤會，綠茶沒那么神奇，看完這篇文章，去喝綠茶來治療糖尿病，是沒用的。
今天我們介紹的是一篇基于合成生物學(xué)原理的精準(zhǔn)醫(yī)療文章。通過人工定制化的細(xì)胞，從而讓綠茶中的有效成份，來治療糖尿病。
什么是合成生物學(xué)原理以及精準(zhǔn)醫(yī)療？這些名詞太高大上了，有點(diǎn)理解不了。合成生物學(xué)實(shí)際上就是人工的重新設(shè)計(jì)生物學(xué)組件（比如DNA、RNA、蛋白質(zhì)等），控制細(xì)胞改變自己的行為，來合成研究人員想要的產(chǎn)物[1]。如果把這些經(jīng)過人工設(shè)計(jì)的細(xì)胞，用于治療特定的疾病，就叫做細(xì)胞精準(zhǔn)醫(yī)療。在這個過程中，設(shè)計(jì)生物學(xué)組件是個費(fèi)腦力的活兒，而把合成生物學(xué)的理念應(yīng)用于實(shí)際治療，就更是難度較大的嘗試。
2019年10月23日，來自華東師范大學(xué)的葉海峰團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)·轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》（Science Translational Medicine）上發(fā)表了以綠茶作為遠(yuǎn)程觸發(fā)物，在經(jīng)過人工設(shè)計(jì)的細(xì)胞中，產(chǎn)生相應(yīng)的物質(zhì)（比如胰島素），來治療哺乳動物糖尿病的研究成果[2]。接下來，我們具體看看是怎么回事吧。
當(dāng)我們喝了綠茶之后，綠茶中的兒茶素和酚酸被迅速代謝為抗氧化劑原兒茶酸（PCA）。原兒茶酸可與轉(zhuǎn)錄阻遏蛋白（PcaV）結(jié)合，進(jìn)而使得被PcaV阻遏的基因——OPcaV可以進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。在OPcaV后加上目的基因，如胰島素（insulin）基因，表達(dá)產(chǎn)生胰島素，用來治療I型糖尿病。用綠茶作為遠(yuǎn)程的觸發(fā)物，可精確誘導(dǎo)基因的表達(dá)，而且無害、方便、便宜。
圖源：參考資料2
葉海峰團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了原兒茶酸調(diào)控胰島素或者胰高血糖素樣肽-1的基因表達(dá)線路，然后把它導(dǎo)入目標(biāo)細(xì)胞中，從而獲得原兒茶酸調(diào)控降血糖藥物表達(dá)釋放的人工定制化細(xì)胞。這些可控的細(xì)胞進(jìn)一步被微膠囊包裹分別移植到糖尿病模型鼠或者猴子體內(nèi)，最終可實(shí)現(xiàn)通過口服原兒茶酸或者口服定制的濃縮綠茶，調(diào)控降血糖藥物的表達(dá)釋放來維持體內(nèi)的血糖穩(wěn)態(tài)。
圖源：參考資料2
對于患有I型糖尿病的小鼠，即胰島素含量絕對不足，用能產(chǎn)生胰島素的細(xì)胞精準(zhǔn)醫(yī)療。從上圖中我們可以看到，其飲用綠茶、口服PCA組的血液中胰島素含量相比于對照組（喝水），都有所上升。另外，飲用綠茶、口服PCA組的血糖濃度都有所下降，起到了降血糖的作用。
圖源：參考資料2
對于患有II型糖尿病的猴子，即胰島素含量相對不足，用能產(chǎn)生人胰高血糖素樣肽的細(xì)胞精準(zhǔn)醫(yī)療。從圖中我們可以哦，兩只猴子在植入了相應(yīng)的微膠囊（紅色箭頭所指的地方）之后，胰高血糖素樣肽-1含量上升，血糖濃度下降。
不過，通訊作者葉海峰稱，綠茶調(diào)控的基因表達(dá)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用還有待解決一些問題，目前是利用轉(zhuǎn)座子系統(tǒng)將該系統(tǒng)整合至基因組中，但該過程中發(fā)生一些錯誤的整合是無法預(yù)測和避免的；其次，文章中所采用的細(xì)胞系HEK-293雖然易于操作且應(yīng)用廣泛，但對于臨床轉(zhuǎn)化來說，將系統(tǒng)整合至病人的細(xì)胞中會更加安全；最后，細(xì)胞植入體內(nèi)采取的微膠囊包裹技術(shù)在延長細(xì)胞生命周期上也有待改善，以實(shí)現(xiàn)更長期的治療效果。
本篇文章中，除了利用原兒茶酸調(diào)控基因表達(dá)開關(guān)來治療糖尿病，還探索了原兒茶酸控制的基因編輯裝置、原兒茶酸控制的生物計(jì)算機(jī)。
原兒茶酸控制的生物計(jì)算機(jī)，可根據(jù)原兒茶酸和香草酸存在與否的指令執(zhí)行準(zhǔn)確的邏輯運(yùn)算。事實(shí)上，生物計(jì)算機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，例如血管流動傳感器用于檢測血管中有害斑塊的組成，快速向受累區(qū)域遞送藥物；或是作為癌癥傳感器，用于檢測及摧毀體內(nèi)的癌細(xì)胞[3]。
圖源：參考資料2
葉海峰也表示，該研究中所構(gòu)建的調(diào)控式基因編輯裝置、藥物的精確輸送以及綠茶調(diào)控的定制化細(xì)胞治療方式將會進(jìn)一步促進(jìn)細(xì)胞治療的精準(zhǔn)化，也為基礎(chǔ)研究工作在面對復(fù)雜的特定環(huán)境下提供有用的研究工具。
參考資料
1. https://en.wikipedia.org/wiki/Synthetic_biology
2. Yin et al., Sci. Transl. Med. 11, eaav8826 (2019)
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Biological_computing
