Nat Chem Biol | 华东师范大学叶海峰团队开发智能细胞程序可控的蛋白药物快速释放平台

细胞疗法代表了生物医学科学中强有力的使能技术。然而，目前用于工程细胞治疗的基因控制系统主要是基于治疗输出的转录或翻译。

2023年10月23日，华东师范大学叶海峰团队（王欣怡和康利萍为该论文的共同第一作者）在Nature Chemical Biology 在线发表题为“A programmable protease-based protein secretion platform for therapeutic applications”的研究论文，该研究报道了一个基于蛋白酶的快速蛋白质分泌系统(PASS)，该系统由于ER检索信号而调节保留在内质网（ER）中的预翻译蛋白的分泌。在可诱导的蛋白酶裂解后，这些蛋白被分泌出来。开发了三种PASS变体(chemPASS, antigenPASS和optoPASS)。

使用chemPASS，该研究证明了通过药物诱导的胰岛素分泌在几分钟内逆转糖尿病小鼠的高血糖。配备Antigenpass的细胞识别肿瘤抗原并分泌颗粒酶B和穿孔素，诱导靶向细胞凋亡。最后，来自糖尿病、高血压和炎症性疼痛小鼠模型的结果表明，光诱导的、optoPASS介导的治疗性肽分泌在几分钟内实现了预期的治疗效果。PASS是一个灵活的平台，用于快速递送治疗性蛋白质，可以促进基于细胞的精确疗法的开发和采用。

对具有治疗功能的活细胞进行编程的能力，可以感知用户定义的外部调节信号，并适当地响应可定制的治疗输出，这为基础和转化生物医学研究和临床实践提供了强大的机会。赋予合成基因回路的工程细胞，通过精确控制治疗药物的定位、时间和剂量来响应预定的输入信号，为开发有效治疗多种疾病(如癌症、代谢紊乱)带来了巨大的希望。

精确控制工程细胞治疗功能的能力有助于开发安全有效的细胞疗法。迄今为止报道的控制系统包括由小分子和光线触发的开关，以及由疾病相关的生物标志物(例如肿瘤抗原)触发的开关。这些技术使治疗蛋白的可调节生产成为可能;然而，目前可用系统的一个公认的局限性是，它们的工作原理是基于转录或翻译水平上治疗蛋白的表达，因此导致对外部信号的反应延迟，需要数小时甚至数天才能分泌出治疗浓度的治疗蛋白。这样的时间尺度不适用于一些调节更快的生理过程的蛋白质的治疗应用，例如，用于实现快速血糖稳态的β细胞中的胰岛素分泌和心肌细胞中的心钠肽(ANP)分泌，以快速控制血压。胰岛素和ANP的内源性分泌系统响应内外环境的变化，直接释放已经翻译并储存在细胞内的蛋白质，从而实现即时的功能影响。

控制蛋白质分泌的PASS概念示意图（图源自Nature Chemical Biology ）

考虑到这些蛋白质从细胞区室中快速分泌，作者设想开发一种精确调节的系统，直接控制蛋白质分泌，而不是转录或翻译，应该能够更快地响应治疗蛋白质的分泌，理想情况下是在生理上适当的时间框架内。该研究提出了一种基于蛋白酶的快速蛋白分泌系统(PASS)，该系统可以通过去除内质网(ER)检索信号的可控蛋白水解来触发用户定义蛋白的直接分泌。首先开发了化学诱导蛋白分泌系统(chemPASS)。作者证明，在口服FDA批准的抗病毒药物后，chemPASS可以使1型糖尿病小鼠快速分泌胰岛素并有效地恢复血糖稳态。随后，开发了AntigenPASS，这是一种肿瘤特异性抗原触发的细胞毒性蛋白分泌系统，可以按需分泌细胞因子。

利用光遗传学，该研究设计了一个光遗传学控制的快速蛋白质分泌系统(optoPASS)，并证明了其在哺乳动物细胞中在光刺激下几分钟内分泌蛋白质的能力。该研究还在1型糖尿病、高血压和慢性炎症性疼痛的小鼠模型中证明了optoPASS介导的治疗性肽分泌的有效性。具有编程optoPASS细胞的小鼠表现出血糖降低、血压降低和镇痛改善。PASS是一种实用的方法，适用于基础生物学研究和基于细胞的精确治疗药物的可控快速递送。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41589-023-01433-z

转自：“iNature”微信公众号

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