对付疑难杂症，中国科学家给蛋白质配备“遥控器”

本文转自：人民网-科普中国

在我们身体的微观世界里，蛋白质严格跟着身体需求精准调控：该“组队”时，相关蛋白质就快速集结完成任务，比如免疫细胞要启动防御功能，就需要多种蛋白质聚合成信号小组来触发；该“解散”时，小组及时拆分待命，避免一直工作引发紊乱。只有这种聚散平衡、时机精准的状态，身体才能正常运转；一旦这个平衡被打破，不管是蛋白质异常聚集“赖着不散”，还是该组队时却聚不起来，都可能引发疾病。比如：

阿尔茨海默病——与Aβ蛋白、tau蛋白异常聚集有关

癌症——常涉及信号蛋白异常寡聚化导致通路持续激活

帕金森病——与α-突触核蛋白聚集有关

……这些让人头疼的疑难疾病，都和蛋白质“聚散失衡”脱不了干系：该分散时扎堆儿，该组队时却“各自为政”。

怎么能让身体里的蛋白质代谢服从正常生理指令呢？近日，西湖大学曹龙兴×解明岐联合团队研发出一套系统，为这些疾病的治疗打开了希望之窗：通过口服药物指挥蛋白质“按需聚散”，精准控制多个蛋白质的“组队模式”……这就如同可调控多设备协同工作的智能遥控器。这个神奇“遥控器”是怎么工作的？

蛋白质“遥控器”：一体化调控系统

所谓的蛋白质遥控器，其实是一套人工设计的“一体化调控系统”，主要有两大核心模块，各司其职又默契配合：

核心模块一：信号发射器

金刚烷胺就是给蛋白质发号施令的 “信使”，也是这套人工系统里唯一的信号分子。我们可以把它理解成遥控器发出的指令信号，或者按下遥控器后产生的触发代码：没有它，蛋白质就安安静静待着；有了它，才能启动后续所有调控动作。

金刚烷胺是已经在临床上用了几十年的“老药”，1966年获批用于治疗流感，1973年被发现可缓解帕金森病的运动症状，多年的临床应用就像给它做了“长期体检”，证明了它不会给人体带来严重的副作用。西湖大学团队研发的计算辅助设计蛋白质，让“老药”焕发了新活力——从治疗特定疾病的药物，金刚烷胺成为能精准调控蛋白质的“万能信号发射器”。

科研团队也用实验证实了这种口服给药的有效性：在给小鼠喂服了金刚烷胺后，小鼠体内的药物顺利到达肝脏，成功激活了肝脏里目标蛋白质的功能，引发了预期的生理反应。这无异于是给我们吃了一颗“定心丸”，说明口服这种简单的方式，能让金刚烷胺发挥“信号发射器”的作用。经过论证，金刚烷胺已经成为 “可口服、可逆、剂量可调” 的蛋白聚集信号源。

核心模块二：核心执行器

金刚烷胺负责发指令，蛋白质又是怎么接住这个指令、执行 “组队” 或 “解散” 的动作呢？这就要说到dAIT17和它的优化升级版dAIT17s了。

dAIT17和它的优化升级版dAIT17s并不是人体里天生就有的蛋白质，而是西湖大学科研团队通过计算辅助蛋白质设计+重组DNA技术合成的 “定制款”蛋白质，它们相当于核心执行器。

更形象地说， dAIT17就像是 “万能底座”，科学家可以将具有治疗功能的“天然蛋白质”安装在它上面。这样，dAIT17负责接收信号“组队”，而它身上的“乘客”（功能蛋白）则负责干活儿。每个 dAIT17 和 dAIT17s身上都装有独一无二的信号接收位点（结合口袋），那是它们专属的 “接收天线”。

“接收天线” 的形状、结构，都是科学家根据金刚烷胺的分子特点精准设计的，就像给金刚烷胺配上 “专属接收器”：只有金刚烷胺能精准 “对接” 上，身体里的其他蛋白质、其他药物分子，都无法触发这个 “天线” 的反应。

没有金刚烷胺的时候，“接收天线” 处于 “待机” 状态，蛋白质就像没收到指令的机器人，安静地分散在细胞里，不会有任何多余动作；金刚烷胺一出现，它就会像精准匹配的信号一样，和 “接收天线” 牢牢 “对接”，瞬间通过变构调控唤醒整个蛋白质的 “工作模式”。这就从根源上避免了 “误触发”，保证了调控的精准性。

这个 “接收天线” 不只是用来 “收信号” 的，它还直接连着蛋白质的 “动作开关”。当金刚烷胺和接收位点成功 “对接” 的瞬间，神奇的变化就发生了——

1、构象变身

蛋白质的三维形状（也就是 “构象”）会发生预设好的精准改变，好比一个原本收起手臂的机器人，信号一到就立刻伸出了 “牵手” 的胳膊；

2、露出 “牵手位点”

构象变化后，蛋白质表面会露出平时藏得好好的 “牵手位点”（寡聚化界面）；

3、组队执行任务

一个个带着天然功能蛋白的 dAIT17/dAIT17s，通过 “牵手位点” 快速 “手拉手” 聚集起来，形成功能所需的三聚体结构（三个一组），原本被抑制的功能蛋白也就跟着被激活，开始执行任务。

当金刚烷胺被身体慢慢代谢清除后，“接收天线” 失去了信号，蛋白质就会恢复原来的样子，“牵手位点” 重新藏起来，“组队” 状态解散，功能也就跟着关闭。整个过程就像按了遥控器的 “关机键”，简单又可控，能最大程度避免不必要的副作用，让整个调控过程又安全又精准。

dAIT17s 是 dAIT17 的优化版本，通过结构微调提升了对金刚烷胺的亲和力，相当于把普通的 “接收天线” 升级成了高灵敏度智能天线，只需要一点点浓度的金刚烷胺，就能快速触发 “天线” 反应和蛋白质组队。这意味着未来如果用到临床上，患者可能只需要服用很少剂量的药片，就能达到理想的治疗效果；在完全没有金刚烷胺的情况下，dAIT17s 会稳稳保持 “待机” 的分散状态，不会出现 “偷偷组队” 的情况。

“六边形”遥控器

这套蛋白质多聚化系统的应用场景还在不断拓展，未来有望在多个领域发挥重要作用——

癌症治疗领域：“遥控器”或许能成为精准靶向的“武器”。比如，我们可以设计这样的系统：让肿瘤特异性蛋白与治疗性蛋白通过异源多聚体系统“组队”，只有在肿瘤细胞内，两者才会在小分子药物的诱导下聚合并激活治疗功能，从而精准杀伤肿瘤细胞，避免对正常细胞造成损伤。这种“靶向激活”的模式，能大幅提升癌症治疗的疗效，减少副作用。

合成生物学领域：它将成为“编程生命”的核心工具。合成生物学的目标是构建人工生物系统，用于生产药物、生物燃料等。而这套系统能让科学家精准调控人工生物系统中蛋白质的聚散，从而控制代谢路径的开启与关闭。比如，在微生物发酵生产药物的过程中，通过在培养基中添加小分子药物，就能按需激活微生物体内的药物合成路径，既提升生产效率，又便于控制生产过程。

基础科研领域：它为研究复杂生命过程提供了“精准探针”。过去，科学家研究蛋白质功能时，往往只能通过敲除、过表达等方式，这种方式无法实现动态调控。而借助这套系统，科学家可以在活细胞、活体动物内，实时、可逆地调控目标蛋白质的聚散和定位，从而更清晰地观察蛋白质功能与生命过程的关联，为解开更多生命奥秘提供助力。

作者：小青

审核：马润林 中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员

策划：阎冬