科技日報記者 張佳星
吃塊餅干，治糖尿病。這個很多“糖友”夢寐以求的情景出現在11月16日的國際頂刊《自然·化學生物學》上——
北京大學藥學院劉濤團隊與華東師范大學葉海峰團隊利用合成生物學技術開發出了一種新細胞。在他們的研究中，植入這種工程細胞的糖尿病小鼠，只要吃下特定的氨基酸餅干，就能提高胰島素水平，進而降糖。
“這是首次將基因密碼擴展技術用于細胞治療。”論文通訊作者之一、北京大學藥學院教授劉濤告訴科技日報記者，吃下餅干的小鼠只需要90分鐘就能降糖，和注射胰島素起效時間相當。
自然期刊網站上的論文及配發評論截圖
創造胰島素微型“無人工廠”
在“糖友”體內產生胰島素，光靠餅干就可以嗎？其實不是，“餅干”只是一把鑰匙，真正生產胰島素的是一座微型“無人工廠”。
胰島素作為人體的一種蛋白要求極高，胰島素水平高了會發生低血糖致命、低了或者無效危害更大。細胞能做到精準的控制嗎？
“我們有一套獨特的控制系統，控制的核心是一種人造的密碼子。”論文通訊作者之一、華東師范大學生命學院、上海市調控生物學重點實驗室研究員葉海峰解釋，自然界里有3個不編碼氨基酸的密碼子（終止子，功能是終止蛋白質翻譯），通過人為改造可以讓其中一個只聽“餅干”的命令。
餅干里的特殊氨基酸在自然界找不到，所以平時不會開啟。經過改造的密碼子就此有了雙重身份——
人工氨基酸一來，密碼子配對，開啟胰島素的翻譯過程，人工氨基酸一走，密碼子還是“終止子”，整個流水線關閉。這才有了“吃餅干”合成胰島素的完整治療過程。
給餅干開通一個專線快遞
前面說了，餅干里的氨基酸在自然界里找不到，那自然也找不到匹配的運送系統。“原來負責轉運氨基酸的信使RNA都有自己的密碼子，就像京東快遞是負責這幾個密碼子、順豐快遞負責另外幾個密碼子、圓通也有自己要負責的密碼子，現在多出來一個非天然的快遞單怎么辦呢？”劉濤打了一個很形象的比方，為了解決這個問題，合成生物學又出手了。
“我們給‘餅干’開通了一個專線快遞。”劉濤說，一種人工的合成酶能夠把非天然的氨基酸送到快遞員手上，即通過氨酰化的生化反應，把非天然氨基酸與特定的轉運RNA連接起來，讓它直送到胰島素的裝配生產線上。
經過一系列“神操作”，餅干里的非天然氨基酸有如神助地直接成為生物體內胰島素的重要組成部分。
這種“專線快遞”特點的正規名稱叫“生物正交”，是指人造反應不會被機體內源的元件識別，也不干擾內源的生物化學過程。
也就是說，胰島素的整個制造過程不會干擾到其他生命活動。
更具臨床實用價值
“利用我們的技術，只需要納摩爾每升級別濃度的非天然氨基酸，給藥1分鐘就足以激活系統，表達釋放胰島素。”劉濤說，這種非天然氨基酸與很多功能飲料中添加的成分類似，對人體非常友好。
動物試驗研究顯示，將改造過的工程細胞經材料包埋后植入小鼠皮下，給小鼠喂食含有非天然氨基酸的餅干，可以在一個月內穩定且有效地降低小鼠血糖。一系列動物安全性實驗也表明，服用一個月有效劑量的非天然氨基酸后，小鼠并未表現出明顯的體重減低或其它生化指標的改變。
網頁截圖
“或許某一天，只需要每天飯前服用一粒非天然氨基酸藥物，或含有非天然氨基酸成分適合糖尿病患者的食物，就可以控制血糖了。”劉濤說。
浙江大學藥學院院長顧臻教授在論文同期刊發的評論中認為，通過合成生物學方法創建工程細胞，進而產生治療性蛋白質，是解決包括胰島素在內的蛋白質分子穩定性差、生物半衰期短及其不受控釋放等挑戰的極具吸引力的替代方法。
據介紹，該研究獲得國家“重大新藥創制”專項、科技部合成生物學重點專項、國家自然科學優秀青年基金、北京市杰出青年基金、上海市科委等項目的支持。
營業執照公示信息