对付疑难杂症,中国科学家给蛋白质配备“遥控器”
来源:科普中国 日期:2026-02-04
在我们身体的微观世界里,蛋白质严格跟着身体需求精准调控:该“组队”时,相关蛋白质就快速集结完成任务,比如免疫细胞要启动防御功能,就需要多种蛋白质聚合成信号小组来触发;该“解散”时,小组及时拆分待命,避免一直工作引发紊乱。只有这种聚散平衡、时机精准的状态,身体才能正常运转;一旦这个平衡被打破,不管是蛋白质异常聚集“赖着不散”,还是该组队时却聚不起来,都可能引发疾病。比如:
阿尔茨海默病——与Aβ蛋白、tau蛋白异常聚集有关
癌症——常涉及信号蛋白异常寡聚化导致通路持续激活
帕金森病——与α-突触核蛋白聚集有关
……这些让人头疼的疑难疾病,都和蛋白质“聚散失衡”脱不了干系:该分散时扎堆儿,该组队时却“各自为政”。
怎么能让身体里的蛋白质代谢服从正常生理指令呢?近日,西湖大学曹龙兴×解明岐联合团队研发出一套系统,为这些疾病的治疗打开了希望之窗:通过口服药物指挥蛋白质“按需聚散”,精准控制多个蛋白质的“组队模式”……这就如同可调控多设备协同工作的智能遥控器。这个神奇“遥控器”是怎么工作的?
01蛋白质“遥控器”:一体化调控系统
所谓的蛋白质遥控器,其实是一套人工设计的“一体化调控系统”,主要有两大核心模块,各司其职又默契配合:
核心模块一:信号发射器
金刚烷胺就是给蛋白质发号施令的“信使”,也是这套人工系统里唯一的信号分子。我们可以把它理解成遥控器发出的指令信号,或者按下遥控器后产生的触发代码:没有它,蛋白质就安安静静待着;有了它,才能启动后续所有调控动作。
金刚烷胺是已经在临床上用了几十年的“老药”,1966年获批用于治疗流感,1973年被发现可缓解帕金森病的运动症状,多年的临床应用就像给它做了“长期体检”,证明了它不会给人体带来严重的副作用。西湖大学团队研发的计算辅助设计蛋白质,让“老药”焕发了新活力——从治疗特定疾病的药物,金刚烷胺成为能精准调控蛋白质的“万能信号发射器”。
科研团队也用实验证实了这种口服给药的有效性:在给小鼠喂服了金刚烷胺后,小鼠体内的药物顺利到达肝脏,成功激活了肝脏里目标蛋白质的功能,引发了预期的生理反应。这无异于是给我们吃了一颗“定心丸”,说明口服这种简单的方式,能让金刚烷胺发挥“信号发射器”的作用。经过论证,金刚烷胺已经成为“可口服、可逆、剂量可调”的蛋白聚集信号源。
核心模块二:核心执行器
金刚烷胺负责发指令,蛋白质又是怎么接住这个指令、执行“组队”或“解散”的动作呢?这就要说到dAIT17和它的优化升级版dAIT17s了。
dAIT17和它的优化升级版dAIT17s并不是人体里天生就有的蛋白质,而是西湖大学科研团队通过计算辅助蛋白质设计+重组DNA技术合成的“定制款”蛋白质,它们相当于核心执行器。
更形象地说,dAIT17就像是“万能底座”,科学家可以将具有治疗功能的“天然蛋白质”安装在它上面。这样,dAIT17负责接收信号“组队”,而它身上的“乘客”(功能蛋白)则负责干活儿。每个dAIT17和dAIT17s身上都装有独一无二的信号接收位点(结合口袋),那是它们专属的“接收天线”。
“接收天线”的形状、结构,都是科学家根据金刚烷胺的分子特点精准设计的,就像给金刚烷胺配上“专属接收器”:只有金刚烷胺能精准“对接”上,身体里的其他蛋白质、其他药物分子,都无法触发这个“天线”的反应。
没有金刚烷胺的时候,“接收天线”处于“待机”状态,蛋白质就像没收到指令的机器人,安静地分散在细胞里,不会有任何多余动作;金刚烷胺一出现,它就会像精准匹配的信号一样,和“接收天线”牢牢“对接”,瞬间通过变构调控唤醒整个蛋白质的“工作模式”。这就从根源上避免了“误触发”,保证了调控的精准性。
这个“接收天线”不只是用来“收信号”的,它还直接连着蛋白质的“动作开关”。当金刚烷胺和接收位点成功“对接”的瞬间,神奇的变化就发生了——
(1)构象变身
蛋白质的三维形状(也就是“构象”)会发生预设好的精准改变,好比一个原本收起手臂的机器人,信号一到就立刻伸出了“牵手”的胳膊;
(2)露出“牵手位点”
构象变化后,蛋白质表面会露出平时藏得好好的“牵手位点”(寡聚化界面);
(3)组队执行任务
一个个带着天然功能蛋白的dAIT17/dAIT17s,通过“牵手位点”快速“手拉手”聚集起来,形成功能所需的三聚体结构(三个一组),原本被抑制的功能蛋白也就跟着被激活,开始执行任务。
当金刚烷胺被身体慢慢代谢清除后,“接收天线”失去了信号,蛋白质就会恢复原来的样子,“牵手位点”重新藏起来,“组队”状态解散,功能也就跟着关闭。整个过程就像按了遥控器的“关机键”,简单又可控,能最大程度避免不必要的副作用,让整个调控过程又安全又精准。
dAIT17s是dAIT17的优化版本,通过结构微调提升了对金刚烷胺的亲和力,相当于把普通的“接收天线”升级成了高灵敏度智能天线,只需要一点点浓度的金刚烷胺,就能快速触发“天线”反应和蛋白质组队。这意味着未来如果用到临床上,患者可能只需要服用很少剂量的药片,就能达到理想的治疗效果;在完全没有金刚烷胺的情况下,dAIT17s会稳稳保持“待机”的分散状态,不会出现“偷偷组队”的情况。
02“六边形”遥控器
这套蛋白质多聚化系统的应用场景还在不断拓展,未来有望在多个领域发挥重要作用——
癌症治疗领域:“遥控器”或许能成为精准靶向的“武器”。比如,我们可以设计这样的系统:让肿瘤特异性蛋白与治疗性蛋白通过异源多聚体系统“组队”,只有在肿瘤细胞内,两者才会在小分子药物的诱导下聚合并激活治疗功能,从而精准杀伤肿瘤细胞,避免对正常细胞造成损伤。这种“靶向激活”的模式,能大幅提升癌症治疗的疗效,减少副作用。
合成生物学领域:它将成为“编程生命”的核心工具。合成生物学的目标是构建人工生物系统,用于生产药物、生物燃料等。而这套系统能让科学家精准调控人工生物系统中蛋白质的聚散,从而控制代谢路径的开启与关闭。比如,在微生物发酵生产药物的过程中,通过在培养基中添加小分子药物,就能按需激活微生物体内的药物合成路径,既提升生产效率,又便于控制生产过程。
基础科研领域:它为研究复杂生命过程提供了“精准探针”。过去,科学家研究蛋白质功能时,往往只能通过敲除、过表达等方式,这种方式无法实现动态调控。而借助这套系统,科学家可以在活细胞、活体动物内,实时、可逆地调控目标蛋白质的聚散和定位,从而更清晰地观察蛋白质功能与生命过程的关联,为解开更多生命奥秘提供助力。