基于合成药物诱导胞吐系统的代谢性疾病按需治疗：开启细胞疗法新篇章

在细胞疗法中，转录调控策略响应慢，难以满足治疗急性疾病及按需分泌治疗蛋白的需求。研究人员开展了 “StimExo” 系统的研究，成功实现了多种细胞中按需蛋白分泌，能实时调控血糖。该研究为细胞疗法提供新平台，具有重要意义。

　　在现代医学的发展进程中，细胞疗法（Cell-based therapy）作为一种极具潜力的治疗手段，正逐渐崭露头角。它通过将活细胞作为治疗药物输送到患者体内，利用细胞自身的功能来对抗疾病。比如，能通过让治疗性转基因的表达与内源性疾病代谢物水平或外部触发信号同步，赋予人类细胞复杂的感知和响应功能。然而，目前大多数细胞疗法中使用的转基因调控策略主要基于转录控制，这种方式的响应速度相对较慢。对于一些需要在几分钟内按需分泌治疗性蛋白质的治疗场景，如 1 型糖尿病、慢性疼痛和心血管疾病等急性病症的治疗，转录调控的速度远远无法满足需求。尽管转录调控在治疗肥胖、肝衰竭、胰岛素抵抗和 2 型糖尿病等慢性疾病方面有一定效果，但在面对急性疾病时，更快的基因调控策略迫在眉睫。

为了解决这一难题，来自复旦大学基础医学院、西湖大学生命科学学院等多个国内研究机构的研究人员，开展了一项关于 “StimExo” 系统的研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为细胞疗法带来了新的突破。该研究成功构建了一种合成药物诱导的胞吐系统（StimExo），能够实现多种用户定义的控制信号触发钙依赖性胞吐作用，从而介导细胞疗法中按需的蛋白质分泌。这一成果不仅克服了以往阻碍即时和定制化 “感知 - 响应” 细胞疗法发展的关键障碍，还为利用各种感兴趣的触发信号远程控制体内转基因活动提供了一个通用平台。

研究人员在开展这项研究时，运用了多种关键技术方法。在细胞培养方面，培养了多种细胞系，如人胚胎肾细胞（HEK-293）、小鼠神经母细胞瘤细胞（N2A）等。通过基因转染技术，将相关基因导入细胞。利用荧光成像、流式细胞术等技术检测细胞内的变化，如钙流、蛋白分泌等。还建立了 1 型糖尿病小鼠模型，用于在体内验证系统的治疗效果。

下面来看具体的研究结果：

1. 基于自发 STIM₁ct 寡聚化的合成 CRAC 激活剂：钙释放激活钙（CRAC，Calcium Release Activated Calcium）通道在人体细胞的多种信号通路中发挥着关键作用，包括胞吐作用、基因表达、能量平衡和细胞凋亡等。研究人员通过将天然 STIM₁的钙敏感内质网腔结构域替换为合成寡聚蛋白，构建了合成寡聚体依赖性的 CRAC 通道激活剂。实验表明，不同寡聚化状态的荧光蛋白与 STIM₁ct 融合后，其膜转位效率和激活钙依赖性基因表达的能力不同，证实了设计原理的可行性。
2. 用于蛋白质 - 蛋白质相互作用（PPI）介导的寡聚 STIM₁ct 重组的双分子 CRAC 激活剂：研究人员采用模块化设计，创建了双分子 CRAC 激活剂，将 STIM₁ct 和寡聚结构域分离为两个独立的蛋白质，通过不同的蛋白质 - 蛋白质相互作用（PPI，Protein - Protein Interaction）组合实现条件性重组。利用细菌内聚素 /dockerin 相互作用对（DocS/Coh2）验证了这种设计的有效性，为构建触发诱导的 CRAC 激活剂提供了新策略。
3. 使用临床许可的小分子药物监测 Ca²⁺流入的触发诱导 CRAC 激活剂：为了提高细胞疗法在体内的安全性，研究人员利用临床许可的小分子药物来调控治疗性转基因的表达。以雷帕霉素（rapamycin）和格拉瑞韦（grazoprevir）为例，构建了不同的 CRAC 激活剂。实验结果显示，这些激活剂能够在药物处理后迅速诱导细胞内 Ca²⁺流入，且格拉瑞韦介导的钙流入依赖于内源性 CRAC 通道的活性，并且不会引起细胞凋亡或显著改变宿主细胞的内源性基因表达。
4. 格拉瑞韦诱导的 Ca²⁺流入可促进内分泌细胞中内源性激素释放：实现按需药物释放是现代细胞疗法的长期目标。研究人员将格拉瑞韦诱导的 CRAC 激活与蛋白质胞吐作用相联系，构建了合成的兴奋 - 分泌途径。通过将 StimExo 系统导入 B16F10 细胞，发现格拉瑞韦能够触发细胞内 Ca²⁺升高，并伴随 β - 内啡肽（β - endorphin）的分泌，证明了 StimExo 可作为 “基因编码的促分泌剂” 促进特定细胞类型中内源性激素的释放。
5. 用于按需分泌各种治疗性输出的通用药物诱导胞吐途径：研究表明 StimExo 介导的蛋白质胞吐作用适用于胰腺宿主细胞。以胰岛素原（proinsulin）为基础，通过替换 C 肽部分，实现了各种蛋白质的囊泡分泌。在 ElectroBeta 细胞中，稳定表达 NS3a - STIM₁ct 和 GNCR1 - Foldon 的组合能够实现格拉瑞韦依赖的剂量依赖性胞吐作用，验证了利用 StimExo 精确控制蛋白质胞吐的可行性。
6. 通过格拉瑞韦触发胰岛素胞吐的细胞疗法实时控制血糖稳态：研究人员利用格拉瑞韦触发胰岛素胞吐系统，设计了一种治疗 1 型糖尿病的细胞疗法。通过筛选获得了具有良好格拉瑞韦依赖性胰岛素分泌能力的单克隆细胞系 StimExoINS，将其封装在海藻酸 - 聚赖氨酸 - 海藻酸微珠中并植入 1 型糖尿病小鼠体内。实验结果显示，给予格拉瑞韦后，能够实现对血糖稳态的实时控制，且未观察到低血糖事件，为 1 型糖尿病的治疗提供了新的策略。

在研究结论和讨论部分，该研究设计的 StimExo 系统克服了限制即时 “感知 - 分泌” 细胞疗法的关键因素，使任何用户定义的输入信号都能触发蛋白质胞吐。系统中的所有分子部分都经过精心选择，符合临床使用标准，使用临床许可的格拉瑞韦作为触发化合物，与传统的雷帕霉素调节的基因疗法相比，可最大限度减少不良药理作用。此外，StimExo 设计简单，无需引入外源蛋白酶即可实现触发诱导的蛋白质分泌。虽然目前在临床应用方面还存在一些需要进一步探索的问题，如选择更合适的细胞类型作为底盘、确定最佳的触发化合物给药剂量和途径等，但该研究为未来糖尿病及其他需要即时和按需药物分泌的代谢性疾病的治疗提供了一个有潜力的技术平台，有望推动细胞疗法在临床治疗中的广泛应用。