硝酸甘油响应型基因开关：基于透皮贴剂的按需治疗蛋白递送系统

本研究开发了一种全人源化一氧化氮响应型基因调控系统hNORM，通过临床批准的硝酸甘油贴剂实现治疗蛋白的按需可控释放。研究人员利用线粒体醛脱氢酶ALDH2将硝酸甘油转化为NO，激活sGC-cGMP-PKG1信号通路，最终通过CREB调控目标基因表达。在2型糖尿病小鼠模型中，该系统成功实现GLP-1的持续可控释放，35天内有效恢复血糖稳态且不影响心血管功能，为慢性疾病治疗提供了安全便捷的细胞疗法新策略。

　　

慢性疾病治疗领域长期面临生物制剂需要频繁注射、剂量难以精准调控的挑战。以2型糖尿病为例，尽管胰高血糖素样肽-1(GLP-1)类似物疗效显著，但患者需要承受每周多次注射的痛苦，且无法根据血糖波动实时调整剂量。基因和细胞疗法虽然展现出巨大潜力，但缺乏安全、便捷、可逆的表达调控系统成为制约其临床应用的关键瓶颈。

瑞士联邦理工学院(ETH Zurich)的研究团队在《Nature Biomedical Engineering》发表的研究中，创新性地利用已有130余年临床应用史的硝酸甘油(NG)作为触发剂，构建了全人源化一氧化氮响应型基因调控系统(hNORM)。该系统通过整合线粒体醛脱氢酶2(ALDH₂)、可溶性鸟苷酸环化酶(sGCαβ异源二聚体)、蛋白激酶G1(PKG1)等人体固有信号元件，实现了透皮NG贴剂对治疗蛋白表达的精确调控。研究人员采用微囊化技术将工程化HEK-293细胞植入皮下，通过贴剂位置控制实现了局部NO信号激活，避免全身性副作用。

关键技术包括：1)基于Sleeping Beauty转座子系统的稳定细胞株构建；2)多组分信号通路的模块化工程(ALDH₂-sGC-PKG1-CREB)；3)海藻酸盐-聚赖氨酸微囊化技术；4)使用db/db小鼠建立2型糖尿病模型；5)非侵入性心血管功能监测系统。

工程化hNORM在哺乳动物细胞中的表现

通过将sGCαβ、PKG1与CRE响应型启动子(P_CRE)偶联，研究人员在HEK-293等8种细胞系中验证了NO诱导的基因表达调控。稳定转染的单克隆细胞系HEK_hNORM1显示出135倍诱导倍数和75μM EC₅₀，且可通过临床用药亚甲蓝实现表达抑制，建立了双重药物控制系统。

线粒体ALDH₂增强hNORM体内性能

表达ALDH₂的HEK_hNORM2细胞使NO产量提高3倍，皮肤组织检测证实其显著增强NG转化效率。植入位置实验显示，仅当NG贴剂置于植入部位正上方时才能激活系统，证实其局部作用特性。可逆性实验通过交替使用/撤除贴剂，证明系统可多次循环调控。

NG贴剂调控GLP-1表达改善糖尿病代谢异常

在db/db小鼠模型中，HEK_hNORM3细胞通过NG贴剂控制GLP-1-Fc融合蛋白表达。35天治疗期间，血糖、糖化血红蛋白(HbA1c)、胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)均恢复正常，且不影响平均动脉压(MAP)和心率。机制研究表明，ALDH₂过表达形成"代谢屏障"，有效拦截NG在进入体循环前完成转化。

讨论与展望

该研究巧妙地将临床成熟药物NG重新赋能，解决了基因治疗领域触发剂安全性、便捷性和可逆性的关键难题。全人源化设计最大限度降低免疫原性，透皮给药方式突破传统基因开关对注射给药的依赖。值得注意的是，系统所需的NG剂量仅为心血管作用的1/10，且通过局部代谢规避了NG的降压副作用。

虽然目前采用HEK-293细胞作为载体，但该调控框架可适配于多种治疗性细胞。未来研究需解决长期植入稳定性问题，并探索在间充质干细胞或诱导多能干细胞中的应用。这种"老药新用"的策略不仅为糖尿病管理提供新思路，更为慢性肾病、激素缺乏等需要长期蛋白替代治疗的疾病开辟了创新治疗路径。