研究人员「组装」新型基因调控开关用于下一代精准细胞疗法

基于细胞的免疫疗法是当下最具潜力的前沿方向之一。例如 CAR-T 疗法，已经在血液肿瘤中取得了积极的成果。面对毒副作用等仍在面临的挑战，下一代细胞疗法正在追求精确、可控的治疗方案。

温度作为代谢过程的重要环境条件，很早就已经应用在代谢调控中。

“内源性的温度传感器，比如离子通道（ion channels）和热休克启动子（ heat-shock promoters），只有在超过这个范围（37 度 - 40 度）的有害温度下才能完全激活，这使得它们不适合医疗应用。”Martin Fussenegger 团队的最新研究中这样表述。

该团队近日在 ADVANCED SCIENCE 发表了题为 “Genetically Encoded Protein Thermometer Enables Precise Electrothermal Control of Transgene Expression” 的论文介绍了其最新研究：一种基因编码的蛋白质温控开关，称为 HEAT（human enhanced gene activation thermometer），通过把突变的卷曲螺旋（coiled-coil）温度响应蛋白质传感器和一个合成的转录因子相连接，可以在体温 37-40℃ 时就被激活。

Martin Fussenegger 是苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系 (D-BSSE) 生物技术与生物工程教授，他的研究侧重于哺乳动物细胞工程，尤其是组装处理复杂控制和闭环表达逻辑的合成基因回路，以及生产与宿主代谢相连、并有可能纠正代谢紊乱的植入工程细胞。

他成立了一个生物技术与生物工程研究小组，研究合成生物学在人体治疗中的策略。研究方向除了此项研究所在的合成基因开关以外，还包括可编程 i/o 关系的合成受体、免疫拟态细胞、基于细胞的诊断等等。

图 | Martin Fussenegger（来源：AIChE）

人类的体温维持在 37°C 左右，但在重病患者高烧期间，体温可能会升至 40°C 或更高。然而，内源性温度传感器，如离子通道和热休克蛋白，只有在高于此范围的温度下才能完全激活，这使得它们不适用于医学治疗。

研究人员把突变的卷曲螺旋（coiled-coil）温度响应蛋白质传感器和一个合成的转录因子相连接，可以在体温 37-40℃ 时就被激活。

图 | HEAT 作为细胞治疗的基因编码温度操作控制器的特性（来源：论文）

一个经过基因改造的 HEAT 人单克隆细胞系 FeverSense 被打造出来，经证实，它作为一种发热传感器，可以在体外和体内依赖于温度和暴露时间触发报告基因（reporter gene）表达。

研究人员设计了一个能稳定表达胰岛素信号的微囊化功能细胞的 1 型糖尿病小鼠模型，并且装备了皮下植入和局部加热贴片，用以施加类似人体温度的热量。通过诱导胰岛素释放，恢复正常血糖来进行概念验证。

“因此，HEAT 似乎适合于实际的电热控制细胞疗法，也可能成为下一代治疗发热相关症状的潜在疗法。” 摘要中表述。

该团队认为，与现有的温度响应传感器相比，HEAT 具有以下优势：

• 它可以通过在人类认为愉快的温度下进行简单的局部加热来激活，并且将治疗与积极的感觉相结合可以提高患者的依从性；

• 它可以精确地感知和区分 37 到 40°C 之间的发烧范围温度，具有亚度精度，能够检测生理温度变化；

• 它在温度降低后迅速恢复到基线活性，而内源性转录因子（如 HSF1 或 NFAT）在刺激后显示出延长的活性。