科技日?qǐng)?bào)記者 張佳星

吃塊餅干，治糖尿病。這個(gè)很多“糖友”夢(mèng)寐以求的情景出現(xiàn)在11月16日的國際頂刊《自然·化學(xué)生物學(xué)》上——

北京大學(xué)藥學(xué)院劉濤團(tuán)隊(duì)與華東師范大學(xué)葉海峰團(tuán)隊(duì)利用合成生物學(xué)技術(shù)開發(fā)出了一種新細(xì)胞。在他們的研究中，植入這種工程細(xì)胞的糖尿病小鼠，只要吃下特定的氨基酸餅干，就能提高胰島素水平，進(jìn)而降糖。

“這是首次將基因密碼擴(kuò)展技術(shù)用于細(xì)胞治療?！闭撐耐ㄓ嵶髡咧?、北京大學(xué)藥學(xué)院教授劉濤告訴科技日?qǐng)?bào)記者，吃下餅干的小鼠只需要90分鐘就能降糖，和注射胰島素起效時(shí)間相當(dāng)。

自然期刊網(wǎng)站上的論文及配發(fā)評(píng)論截圖

創(chuàng)造胰島素微型“無人工廠”

在“糖友”體內(nèi)產(chǎn)生胰島素，光靠餅干就可以嗎？其實(shí)不是，“餅干”只是一把鑰匙，真正生產(chǎn)胰島素的是一座微型“無人工廠”。

胰島素作為人體的一種蛋白要求極高，胰島素水平高了會(huì)發(fā)生低血糖致命、低了或者無效危害更大。細(xì)胞能做到精準(zhǔn)的控制嗎？

“我們有一套獨(dú)特的控制系統(tǒng)，控制的核心是一種人造的密碼子?！闭撐耐ㄓ嵶髡咧?、華東師范大學(xué)生命學(xué)院、上海市調(diào)控生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員葉海峰解釋，自然界里有3個(gè)不編碼氨基酸的密碼子（終止子，功能是終止蛋白質(zhì)翻譯），通過人為改造可以讓其中一個(gè)只聽“餅干”的命令。

餅干里的特殊氨基酸在自然界找不到，所以平時(shí)不會(huì)開啟。經(jīng)過改造的密碼子就此有了雙重身份——

人工氨基酸一來，密碼子配對(duì)，開啟胰島素的翻譯過程，人工氨基酸一走，密碼子還是“終止子”，整個(gè)流水線關(guān)閉。這才有了“吃餅干”合成胰島素的完整治療過程。

給餅干開通一個(gè)專線快遞

前面說了，餅干里的氨基酸在自然界里找不到，那自然也找不到匹配的運(yùn)送系統(tǒng)。“原來負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的信使RNA都有自己的密碼子，就像京東快遞是負(fù)責(zé)這幾個(gè)密碼子、順豐快遞負(fù)責(zé)另外幾個(gè)密碼子、圓通也有自己要負(fù)責(zé)的密碼子，現(xiàn)在多出來一個(gè)非天然的快遞單怎么辦呢？”劉濤打了一個(gè)很形象的比方，為了解決這個(gè)問題，合成生物學(xué)又出手了。

“我們給‘餅干’開通了一個(gè)專線快遞?！眲f，一種人工的合成酶能夠把非天然的氨基酸送到快遞員手上，即通過氨?；纳磻?yīng)，把非天然氨基酸與特定的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA連接起來，讓它直送到胰島素的裝配生產(chǎn)線上。

經(jīng)過一系列“神操作”，餅干里的非天然氨基酸有如神助地直接成為生物體內(nèi)胰島素的重要組成部分。

這種“專線快遞”特點(diǎn)的正規(guī)名稱叫“生物正交”，是指人造反應(yīng)不會(huì)被機(jī)體內(nèi)源的元件識(shí)別，也不干擾內(nèi)源的生物化學(xué)過程。

也就是說，胰島素的整個(gè)制造過程不會(huì)干擾到其他生命活動(dòng)。

更具臨床實(shí)用價(jià)值

“利用我們的技術(shù)，只需要納摩爾每升級(jí)別濃度的非天然氨基酸，給藥1分鐘就足以激活系統(tǒng)，表達(dá)釋放胰島素?！眲f，這種非天然氨基酸與很多功能飲料中添加的成分類似，對(duì)人體非常友好。

動(dòng)物試驗(yàn)研究顯示，將改造過的工程細(xì)胞經(jīng)材料包埋后植入小鼠皮下，給小鼠喂食含有非天然氨基酸的餅干，可以在一個(gè)月內(nèi)穩(wěn)定且有效地降低小鼠血糖。一系列動(dòng)物安全性實(shí)驗(yàn)也表明，服用一個(gè)月有效劑量的非天然氨基酸后，小鼠并未表現(xiàn)出明顯的體重減低或其它生化指標(biāo)的改變。

網(wǎng)頁截圖

“或許某一天，只需要每天飯前服用一粒非天然氨基酸藥物，或含有非天然氨基酸成分適合糖尿病患者的食物，就可以控制血糖了。”劉濤說。

浙江大學(xué)藥學(xué)院院長顧臻教授在論文同期刊發(fā)的評(píng)論中認(rèn)為，通過合成生物學(xué)方法創(chuàng)建工程細(xì)胞，進(jìn)而產(chǎn)生治療性蛋白質(zhì)，是解決包括胰島素在內(nèi)的蛋白質(zhì)分子穩(wěn)定性差、生物半衰期短及其不受控釋放等挑戰(zhàn)的極具吸引力的替代方法。

據(jù)介紹，該研究獲得國家“重大新藥創(chuàng)制”專項(xiàng)、科技部合成生物學(xué)重點(diǎn)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)優(yōu)秀青年基金、北京市杰出青年基金、上海市科委等項(xiàng)目的支持。

關(guān)鍵詞： 胰島素 生物學(xué) 一波