合成生物学让“吃饼干治糖尿病”成为可能

北京大学药学院的刘涛教授团队与华东师范大学的叶海峰团队，通过合成生物学技术的精湛运用，成功研发出一种新型细胞。这种细胞的独特之处在于，当植入糖尿病小鼠体内后，只要这些小鼠吃下特定的氨基酸饼干，就能显著提高胰岛素水平，进而有效地降低血糖。

这一令人振奋的研究成果，如同科幻电影般的情景，近日在国际顶级期刊《自然化学生物学》上得到了报道。曾经只存在于“糖友”们梦中的愿望，如今正逐步变为现实。

这项技术的核心在于利用基因密码扩展技术实现细胞治疗。刘涛教授告诉我们，吃下饼干的小鼠只需90分钟就能感受到降糖效果，这与注射胰岛素的起效时间相当。

那么，饼干是如何在“糖友”体内启动胰岛素生产的呢？其实，饼干只是一把启动的钥匙。真正的主角是叶海峰研究员所解释的，经过人为改造的密码子。这些密码子拥有双重身份：当饼干中的特殊人工氨基酸出现时，它们与密码子配对，从而启动胰岛素的翻译过程；而当氨基酸消失时，这些密码子则恢复其原本的“终止子”功能，终止蛋白质翻译，关闭整个流水线。

为了将人工氨基酸准确送达其目的地，研究者们使用了一种类似于“专线快递”的方式。刘涛教授打了一个生动的比方：自然界中的转运系统如同各大快递公司，各自负责自己的货物。而现在，为了运送这个非天然的“快递单”，研究者们给它开通了一个“专线快递”。通过一种人工合成酶，将非天然的氨基酸与特定的转运RNA连接起来，像快递员一样将其直送到胰岛素的“生产线”上。

这种“生物正交”技术确保了这个“专线快递”的正规性，即人造反应不会被机体内的其他“元件”所识别或干扰。这意味着胰岛素的整个制造过程不会对其他生命活动产生影响。

未来，利用这项技术，控制血糖或许将变得轻松简单。只需浓度为每升纳摩尔级别的非天然氨基酸，给药后短短一分钟就足以激活系统，释放胰岛素。动物试验表明，改造过的工程细胞在植入小鼠皮下后，通过喂食含有非天然氨基酸的饼干，可以在一个月内稳定有效地降低小鼠血糖。并且，服用一个月有效剂量的非天然氨基酸后，小鼠并未出现明显的体重减低或其他生化指标的改变。

浙江大学药学院的顾臻教授在同期刊发的评论中认为，通过合成生物学方法创建工程细胞以产生治疗性蛋白质，是解决胰岛素等蛋白质分子稳定性差、生物半衰期短及其不受控释放等挑战的极具吸引力的方法。随着技术的不断进步和完善，或许某一天，我们只需每天饭前服用一粒非天然氨基酸药物，或食用含有非天然氨基酸成分、适合糖尿病患者的食物，就可以轻松控制血糖，享受健康的生活。