合成生物学使得通过吃饼干治疗糖尿病成为可能

北京大学药科大学教授刘涛和华东师范大学团队叶海峰利用合成生物学技术开发了一种新细胞。植入这种工程细胞的糖尿病小鼠，只要吃特定的氨基酸饼干，就能提高胰岛素水平，降低血糖。

吃块饼干治疗糖尿病？这个众多“糖友”的梦幻场景出现在最近的国际顶级期刊《自然化学生物学》上。——北京大学药科大学教授刘涛和华东师范大学叶海峰团队利用合成生物学技术开发了一种新细胞。在他们的研究中，植入这种工程细胞的糖尿病小鼠只要吃特定的氨基酸饼干，就能提高胰岛素水平，降低血糖。

“这是基因代码延伸技术首次应用于细胞治疗。”该论文的作者之一刘涛告诉记者，吃饼干的小鼠只需90分钟就能降低血糖，这相当于注射胰岛素的起效时间。

吃饼干吹响胰岛素生产开工号

光吃“饼干”就能让“糖友”产生胰岛素吗？其实饼干只是一把钥匙。

本文作者之一、华东师范大学生命学院研究员叶海峰解释说，生物体中有三个密码子(也叫终止子，其功能是阻止蛋白质翻译)不编码氨基酸，其中一个只能通过人工修饰来听从“饼干”的指挥。

因此，修饰的密码子具有双重身份。当饼干——中的特殊人工氨基酸进入时，密码子配对，胰岛素的翻译过程开始。当这种特殊的人工氨基酸消失后，密码子仍然是“终止子”，整个流水线都关闭了。只有这样才能有一个完整的通过吃饼干合成胰岛素的治疗过程。

开通人工氨基酸“专线快递”。

但问题又来了。饼干中的氨基酸在自然界是找不到的，自然也就没有与之匹配的输送系统。“以前负责运输氨基酸的信使RNA有自己的密码子，就像京东物流负责从JD.COM运输货物，顺丰快递负责从顺丰快递运输货物，童渊快递负责从童渊运输货物。现在，不自然的‘快递单’怎么样？”刘涛做了一个生动的类比。为了解决这个问题，合成生物学做出了另一个举动。

“我们开通了人工氨基酸‘专线快递’。”刘涛说，一种人工合成酶可以将非天然氨基酸送到“信使”，即通过氨酰化反应，将非天然氨基酸与特定的运输RNA连接起来，直接送到胰岛素的“流水线”上。

经过一系列“神操作”，饼干中的非天然氨基酸成为活体内胰岛素的重要组成部分。

这种“专线快递”的正式名称是“双正交”，意思是人工反应不会被生物体的内源性“元素”识别，也不会干扰内源性生化过程。换句话说，胰岛素的整个制造过程不会干扰其他生命活动。

未来控制血糖或变得轻松简单

“以我们的技术，只需要浓度为每升纳摩尔的非天然氨基酸，一分钟的给药就足以激活系统，表达和释放胰岛素。”刘涛说，这种非天然氨基酸类似于许多功能饮料中添加的成分，对人体非常友好。

动物实验表明，将包裹材料的工程细胞植入小鼠皮下，喂给小鼠含有非天然氨基酸的饼干，可在一个月内稳定有效地降低小鼠血糖。一系列动物安全性实验也表明，服用有效剂量的非天然氨基酸一个月后，小鼠没有明显的体重下降或其他生化变化。

“也许有一天，你每天饭前只需要吃一种非天然氨基酸的药，或者你可以通过吃一些含有非天然氨基酸且适合糖尿病患者的食物来控制血糖。”刘涛说。

浙江大学药学院院长顾震教授在论文同期发表的评论中表示，利用合成生物学方法创造工程细胞，进而生产治疗性蛋白质，是解决包括胰岛素在内的蛋白质分子稳定性差、生物半衰期短、释放不受控制等挑战的极具吸引力的替代方法。