华东师范大学生命科学学院研究员叶海峰研究团队通过重新编程蛋白质分泌途径，开发了一个精准可控的蛋白质快速释放技术平台PASS系统，实现了蛋白药物分钟级别的可控释放。相关论文已于10月23日刊登在《自然-化学生物学》（Nature Chemical Biology）杂志。

叶海峰介绍，现有的人工定制细胞虽然在疾病治疗领域取得了一定的进展，然而它们对外界指令的响应、分析及处理速度仍然处于“1.0版本”的缓慢响应阶段。主要原因是这类定制细胞大部分都基于对治疗蛋白药物转录或翻译水平的调控，当细胞感受到外界指令后，需要数小时甚至数天才能表达、释放出足量的蛋白药物，无法满足对有即时用药需求的疾病治疗，如哮喘、心绞痛、疼痛等。

为解决上述人工定制细胞“开机”缓慢的问题，叶海峰团队设想：能否省略现有定制细胞对蛋白药物缓慢的转录、翻译以及加工等步骤，将足量的蛋白药物提前生产好，储存在细胞的某个“仓库”中，只要控制仓库门的打开，就可以实现对蛋白药物的可控快速释放。

研究人员基于细胞内蛋白质的分选原理，成功实现了这一目的。具体而言，他们通过一段内质网回收信号，将提前翻译好的目的蛋白锚定在细胞“内质网仓库”中，以备用时之需。同时在内质网回收信号和目的蛋白之间融合了一段可以被蛋白酶识别的肽链，当这个“链子”被蛋白酶水解切除时，锚定在内质网上的治疗蛋白就会迅速释放到细胞外。随后，研究人员通过调控蛋白水解酶的活性，设计构建了三种精准可控的蛋白质快速释放系统，分别为小分子调控的蛋白质快速释放系统chemPASS、响应肿瘤抗原的杀伤蛋白快速释放系统antigenPASS，以及光诱导调控的蛋白质快速释放系统optoPASS 。

PASS的设计原理图。图片来源：叶海峰团队

随后，研究人员将装载有chemPASS基因线路的定制细胞移植到1型糖尿病小鼠体内，数据显示，当小鼠口服小分子药物后，仅需30分钟就可有效诱导胰岛素的释放，实现快速降血糖。装载有antigenPASS的免疫T细胞可精准识别肿瘤细胞，释放杀伤蛋白穿孔素（Perforin）或颗粒酶B（Granzyme B），从而有效杀死肿瘤细胞。实验还证明，将optoPASS定制化细胞植入1型糖尿病、高血压以及慢性炎症性疼痛小鼠模型的皮下，仅需光照15分钟，就能诱导治疗肽的释放，实现快速降血糖、降血压以及镇痛的效果。

“合成生物学使我们能够按照用户自定义的需求，对细胞进行有目的的设计、改造和重编程。装载有人工基因线路的定制细胞，就像一个智能‘细胞药物工厂’，通常情况下处于休眠状态。当感受到外界指令如小分子药物、病理标志物或光、电等物理信号后，它们则会迅速苏醒，对外界信号进行处理和计算，随后按需生产释放蛋白药物。PASS系统为基础生物学研究和精准可控的基因治疗，以及细胞治疗提供了切实可行的蛋白药物瞬时递送新方案。”叶海峰表示。