北大联合华师大开发密码子扩展细胞疗法用于食疗糖尿病( 二 ) 吃块饼干

这时，非天然氨基酸调控的胰岛素细胞治疗系统即可派上用场，其原理在于采用人造密码子。由于自然界存在三个不编码氨基酸的密码子，因此借助相应的人为干预，即可让某个密码子“听懂”氨基酸饼干的指令。
尽管在自然界中并不存在饼干里的特殊氨基酸。但是，密码子被改造之后， “摇身一变”立马就能拥有双重身份。当人工氨基酸出场时，密码子就会开启配对模式，进而启动胰岛素的翻译；当人工氨基酸离场时，密码子就会关闭整个流水线，这便是用饼干合成胰岛素的全流程。
也就是说，该团队使用合成生物学给饼干“挖”了一条路，借助氨酰化的生化反应，可将特定的转运RNA和非天然氨基酸连接起来，饼干会被送到胰岛素装配生产线上。就这样，本身是饼干里的非天然氨基酸，竟能成为生物体内胰岛素的重要组成部分。
上述过程也叫“生物正交” ，指的是机体内源的元件即无法识别人造反应，也无法干扰内源的生化过程。在其他生命活动正常进行的情况下，胰岛素的制造过程也能如常进行。具体来说，只要非天然氨基酸达到纳摩尔每升级别浓度，当小鼠得到1分钟给药，控制系统就可被激活，随后即可释放胰岛素。
如果你经常喝功能性饮料，就会发现其成分表中会有类似的非天然氨基酸，它对人体十分友好。研究中，刘涛等人在小鼠皮下植入工程细胞材料包，再让它食用饼干，小鼠血糖可在一月之内得到有效且稳定的降低。

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（来源：NatureChemicalBiology）
与此同时，当小鼠在一月之内连续服用有效剂量的非天然氨基酸之后，体重或其它生化指标并未出现明显改变。
“进化”之后的基因密码子扩展技术
一直以来，蛋白质的定点修饰，是基因密码子扩展技术的最重要应用。基于该团队在蛋白质翻译机制上的积累，他们建立了这项药物蛋白调控系统，并在蛋白质翻译水平上实现调控。
“进化”之后的基因密码子扩展技术，可识别非天然氨基酸的氨酰转运RNA合成酶和转运RNA分子对，在翻译含有异位琥珀密码子的mRNA时，非天然氨基酸即可被插入蛋白质。
当把含有异位琥珀密码子的药物蛋白基因、氨酰转运RNA合成酶、以及转运RNA分子对植入小鼠细胞基因组中，即可构建出非天然氨基酸调控的胰岛素细胞治疗系统的细胞系。
对比来说，当处于普通培养基时，由于缺乏非天然氨基酸，当系统细胞的核糖体翻译到异位琥珀密码子时，就会被迫终止。当处于含有非天然氨基酸的培养基中，系统细胞即可利用非天然氨基酸来翻译药物蛋白。
该系统的优点在于，它所激活的蛋白表达，对非天然氨基酸呈现出较强的可逆调控和浓度依赖。细胞和非天然氨基酸只需接触60秒，系统即可被激活，效率之快远超过传统转录水平调控系统。
那么，小鼠体内是否能实现口服非天然氨基酸调控目的蛋白表达？为此，该团队展开了非天然氨基酸的药物代谢动力学实验，结果显示小鼠服用非天然氨基酸之后可以被体内吸收。
考虑到在人类细胞体外改造之后，再移植到小鼠体内，一般要克服相应的免疫排斥反应。所以他们使用临床研究上的细胞包埋方法，先将系统细胞的包裹以选择性的方式透过膜，然后进行细胞移植操作。
选择性透过膜的好处在于，这种方式只会让蛋白质等生物大分子和小分子通过，小鼠免疫细胞则会被滤出在外，从而可让小鼠体内的系统细胞得以存活，进而可分泌出所需的蛋白，随后即可流入血液。