厉害！人工改造的细胞，可让绿茶来治疗糖尿病
本文通讯作者华东师范大学教授叶海峰（右）
撰文 | 梅 宝
责编 | 叶水送
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用绿茶来治疗糖尿病，乍听起来像是伪科学。千万别误会，绿茶没那么神奇，看完这篇文章，去喝绿茶来治疗糖尿病，是没用的。
今天我们介绍的是一篇基于合成生物学原理的精准医疗文章。通过人工定制化的细胞，从而让绿茶中的有效成份，来治疗糖尿病。
什么是合成生物学原理以及精准医疗？这些名词太高大上了，有点理解不了。合成生物学实际上就是人工的重新设计生物学组件（比如dna、rna、蛋白质等），控制细胞改变自己的行为，来合成研究人员想要的产物[1]。如果把这些经过人工设计的细胞，用于治疗特定的疾病，就叫做细胞精准医疗。在这个过程中，设计生物学组件是个费脑力的活儿，而把合成生物学的理念应用于实际治疗，就更是难度较大的尝试。
2019年10月23日，来自华东师范大学的叶海峰团队在《科学·转化医学》（science translational medicine）上发表了以绿茶作为远程触发物，在经过人工设计的细胞中，产生相应的物质（比如胰岛素），来治疗哺乳动物糖尿病的研究成果[2]。接下来，我们具体看看是怎么回事吧。
当我们喝了绿茶之后，绿茶中的儿茶素和酚酸被迅速代谢为抗氧化剂原儿茶酸（pca）。原儿茶酸可与转录阻遏蛋白（pcav）结合，进而使得被pcav阻遏的基因——opcav可以进行转录。在opcav后加上目的基因，如胰岛素（insulin）基因，表达产生胰岛素，用来治疗i型糖尿病。用绿茶作为远程的触发物，可精确诱导基因的表达，而且无害、方便、便宜。
图源：参考资料2
叶海峰团队构建了原儿茶酸调控胰岛素或者胰高血糖素样肽-1的基因表达线路，然后把它导入目标细胞中，从而获得原儿茶酸调控降血糖药物表达释放的人工定制化细胞。这些可控的细胞进一步被微胶囊包裹分别移植到糖尿病模型鼠或者猴子体内，最终可实现通过口服原儿茶酸或者口服定制的浓缩绿茶，调控降血糖药物的表达释放来维持体内的血糖稳态。
图源：参考资料2
对于患有i型糖尿病的小鼠，即胰岛素含量绝对不足，用能产生胰岛素的细胞精准医疗。从上图中我们可以看到，其饮用绿茶、口服pca组的血液中胰岛素含量相比于对照组（喝水），都有所上升。另外，饮用绿茶、口服pca组的血糖浓度都有所下降，起到了降血糖的作用。
图源：参考资料2
对于患有ii型糖尿病的猴子，即胰岛素含量相对不足，用能产生人胰高血糖素样肽的细胞精准医疗。从图中我们可以哦，两只猴子在植入了相应的微胶囊（红色箭头所指的地方）之后，胰高血糖素样肽-1含量上升，血糖浓度下降。
不过，通讯作者叶海峰称，绿茶调控的基因表达控制系统转化为实际应用还有待解决一些问题，目前是利用转座子系统将该系统整合至基因组中，但该过程中发生一些错误的整合是无法预测和避免的；其次，文章中所采用的细胞系hek-293虽然易于操作且应用广泛，但对于临床转化来说，将系统整合至病人的细胞中会更加安全；最后，细胞植入体内采取的微胶囊包裹技术在延长细胞生命周期上也有待改善，以实现更长期的治疗效果。
本篇文章中，除了利用原儿茶酸调控基因表达开关来治疗糖尿病，还探索了原儿茶酸控制的基因编辑装置、原儿茶酸控制的生物计算机。
原儿茶酸控制的生物计算机，可根据原儿茶酸和香草酸存在与否的指令执行准确的逻辑运算。事实上，生物计算机的应用十分广泛，例如血管流动传感器用于检测血管中有害斑块的组成，快速向受累区域递送药物；或是作为癌症传感器，用于检测及摧毁体内的癌细胞[3]。
图源：参考资料2
叶海峰也表示，该研究中所构建的调控式基因编辑装置、药物的精确输送以及绿茶调控的定制化细胞治疗方式将会进一步促进细胞治疗的精准化，也为基础研究工作在面对复杂的特定环境下提供有用的研究工具。
参考资料
1. https://en.wikipedia.org/wiki/synthetic_biology
2. yin et al., sci. transl. med. 11, eaav8826 (2019)
3. https://en.wikipedia.org/wiki/biological_computing
