NCB：斯坦福大學(xué)亓磊團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)“分子精準(zhǔn)遞送”重大突破！馴服胞啃機(jī)制，打造活體細(xì)胞遞送平臺(tái)

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在免疫系統(tǒng)的微觀戰(zhàn)場(chǎng)上，細(xì)胞間的信息交換從未停止。

當(dāng)免疫細(xì)胞與另一個(gè)細(xì)胞緊密接觸時(shí)，它會(huì)像“啃食”一樣，從對(duì)方細(xì)胞膜上撕下一小片碎片，并將其變成自己細(xì)胞膜的一部分——這個(gè)生物學(xué)現(xiàn)象被稱為胞啃作用。

二十多年來，科學(xué)家們?cè)诙喾N細(xì)胞類型中觀察到這一現(xiàn)象：；；甚至T細(xì)胞之間還會(huì)通過“啃食“，共享表面的CAR分子。

這一奇怪而有趣的現(xiàn)象，激發(fā)了亓磊教授團(tuán)隊(duì)的大膽猜想：如果這些被轉(zhuǎn)移的分子還能正常工作，我們能否利用這一通路實(shí)現(xiàn)可編程的細(xì)胞間大分子藥物遞送？

今天，斯坦福大學(xué)亓磊教授團(tuán)隊(duì)，在《自然·細(xì)胞生物學(xué)》上發(fā)表的研究發(fā)現(xiàn)：雖然胞啃作用能夠轉(zhuǎn)移分子，但是絕大多數(shù)剛進(jìn)入受體細(xì)胞，就被送進(jìn)了“垃圾處理廠”——溶酶體，并迅速降解。

為了實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間大分子藥物遞送，他們通過巧妙的工程化改造，成功破解了這一困局，建立了一個(gè)名為TRANSFER的可編程大分子遞送平臺(tái)。

故事源自一個(gè)簡(jiǎn)單的追問。

當(dāng)亓磊教授團(tuán)隊(duì)的陳心怡（本研究第一作者）將帶有紅色熒光標(biāo)記的CAR分子表達(dá)在供體細(xì)胞上，并與表達(dá)CD19的靶細(xì)胞共培養(yǎng)時(shí)，他們觀察到了快速的分子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象：短短6分鐘內(nèi)，靶細(xì)胞內(nèi)就出現(xiàn)了來自供體細(xì)胞的mCherry信號(hào)。

快速的轉(zhuǎn)移、依賴肌動(dòng)蛋白、需要細(xì)胞直接接觸……這些特征與經(jīng)典的胞啃作用如出一轍。然而，當(dāng)他們進(jìn)一步檢測(cè)這些轉(zhuǎn)移分子的功能時(shí)，意外發(fā)生了。

團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)split GFP報(bào)告系統(tǒng)：供體細(xì)胞的CAR分子攜帶split GFP的前片段，受體細(xì)胞表達(dá)后半段；如果轉(zhuǎn)移的分子能夠進(jìn)入受體細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)，兩者將結(jié)合產(chǎn)生綠色熒光。然而，在共培養(yǎng)過程中，綠色熒光始終沒有出現(xiàn)。

顯微圖像揭示了殘酷的真相：那些被轉(zhuǎn)移的分子，大部分與溶酶體標(biāo)記物共定位——它們被受體細(xì)胞識(shí)別為“外來垃圾”，迅速送入了“降解流水線”。

如何才能讓這些被轉(zhuǎn)移的分子逃脫溶酶體的降解呢？

研究團(tuán)隊(duì)把目光投向了自然界最擅長(zhǎng)膜融合的專家——病毒。

水皰性口炎病毒糖蛋白 (VSVg)，一種常用的促膜融合蛋白，能在酸性條件下激活，將病毒膜與內(nèi)吞體膜融合，幫助病毒基因組逃逸到胞漿。這種蛋白的作用非常類似于分子“特洛伊木馬”。

亓磊教授團(tuán)隊(duì)假設(shè)：如果在供體細(xì)胞上共表達(dá)VSVg，當(dāng)攜帶VSVg的膜碎片通過胞啃進(jìn)入受體細(xì)胞后，在內(nèi)吞體的酸性環(huán)境中，VSVg會(huì)被激活，將包裹著“貨物”的膜片與內(nèi)吞體膜融合，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)吞體逃逸。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證令人振奮。

當(dāng)供體細(xì)胞同時(shí)表達(dá)VSVg時(shí)，GFP信號(hào)在受體細(xì)胞中成功重建，首先從內(nèi)吞體膜上點(diǎn)亮，并逐漸擴(kuò)散到細(xì)胞膜。

更精妙的是，第一作者陳心怡將pH敏感的intein結(jié)構(gòu)域插入到CAR和分子貨物之間，使之能在內(nèi)吞體中自我切割，實(shí)現(xiàn)了對(duì)非膜結(jié)合蛋白（如Cas9）的核內(nèi)遞送。

基于這些發(fā)現(xiàn)，亓磊教授團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了TRANSFER系統(tǒng)。

其核心設(shè)計(jì)包含三個(gè)要素：（1）靶細(xì)胞特異性受體：實(shí)現(xiàn)高選擇性的遞送，并去除不必要的胞內(nèi)信號(hào)結(jié)構(gòu)域；（2）“特洛伊木馬”：利用VSVg突變體，保留膜融合活性，同時(shí)避免非特異性結(jié)合；（3）“分子釋放開關(guān)”：通過pH敏感intein結(jié)構(gòu)域?qū)崿F(xiàn)對(duì)非膜蛋白的釋放。

TRANSFER展現(xiàn)了令人驚嘆的普適性，在多種細(xì)胞類型和配體-受體組合中均實(shí)現(xiàn)了高效的功能性遞送。

更重要的是，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)其能夠遞送多種分子貨物：“自殺基因”的遞送實(shí)現(xiàn)靶細(xì)胞的特異性清除，鋅指核酸酶對(duì)的遞送協(xié)同編輯基因組，腺苷堿基編輯器（ABE）——一個(gè)超越腺相關(guān)病毒載體（AAV）包裝極限的大分子——成功在靶細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)基因編輯。

TRANSFER還展示了其智能調(diào)控的能力。通過結(jié)合SynNotch系統(tǒng)，供體細(xì)胞能夠?qū)崿F(xiàn)“多輸入”邏輯控制：只有當(dāng)同時(shí)檢測(cè)到兩種抗原信號(hào)時(shí)，才會(huì)將分子遞送給靶細(xì)胞。這種“與門”（AND）邏輯，展現(xiàn)出現(xiàn)有遞送載體（如AAV、脂質(zhì)納米顆粒）所無法實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)大功能。

這項(xiàng)工作不僅揭示了胞啃現(xiàn)象的生物學(xué)機(jī)制，還將其轉(zhuǎn)化成了一個(gè)可編程的活體細(xì)胞遞送平臺(tái)。

從宏觀的視角看，這項(xiàng)研究為細(xì)胞工程領(lǐng)域打開了一扇新窗口。當(dāng)我們將細(xì)胞視為“活的遞送裝置”，它們將不僅能持續(xù)生產(chǎn)、攜帶和傳遞藥物分子，還能感知環(huán)境、做出決策、主動(dòng)遷移——這些都是非活體遞送載體無法企及的。

正如論文結(jié)尾所展望的：“TRANSFER為基于細(xì)胞的、可編程的大分子遞送建立了基礎(chǔ)，在靶向治療和生物技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊前景。”

從發(fā)現(xiàn)自然的奧秘，到改寫自然的規(guī)則，這或許正是合成生物學(xué)最迷人的地方。

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參考文獻(xiàn)：

Chen, X., Situ, Y., Yang, Y. et al. Programmable macromolecule delivery via engineered trogocytosis. Nat Cell Biol (2026). https://doi.org/10.1038/s41556-026-01920-0

責(zé)任編輯丨BioTalker