合成生物学在AAV基因治疗中的应用

基因治疗在精准医学中崭露头角,对医疗和诊断产生深远影响。腺相关病毒(AAV)基因载体成为基因治 疗中领先的基因传递工具,其作为安全、免疫原性低、血清型多样、具有组织特异性的临床基因治疗载体,在体内具 有长期效果。然而,AAV 递送的基因过量表达可能引起毒性或副作用。因此,新一代合成生物学工程化的 AAV 载体正在崛起,合成生物学能够在细胞转导和基因表达的不同阶段对载体功能进行控制,精准调控目的基因表达。 本文将围绕基因环路的设计思路和方法,AAV 基因治疗的研究进展以及合成生物学在 AAV 基因治疗方面的研究 进展进行介绍。最后对合成生物学驱动的 AAV 基因治疗走向临床治疗的应用前景和挑战进行展望。合成生物学 驱动的 AAV 基因治疗在提供精准和个性化治疗方案方面展现出巨大潜力,有望扩大治疗范围并降低成本,但同时 面临免疫应答、靶向性、生产成本及伦理监管等关键挑战。

微生物合成生物学在疾病诊疗上的应用进展

在人体的身体内部居住着数以万亿计的细菌和其他微生物,寄生在我们的皮肤、胃肠道和口腔等部位,微生物群失调已成为炎症性肠病、过敏、肥胖、心血管以及神经退行性疾病和癌症等多种疾病发生发展的重要原因。与此同时,利用微生物制剂改善健康状况、治疗疾病也在研究和临床中得到验证。近年来,活体生物药不断被开发用于预防、诊断与治疗疾病。采用合成生物学手段在微生物中设计、构建精准可控的基因电路,获得非致病性、具有疾病微环境感知和响应能力并按需释放治疗药物的活体工程菌,实施活体微生物疗法,已成为临床疾病治疗的新思路和新方法。本文对微生物合成生物学在疾病诊疗中的应用进展,如预防与诊疗病原菌感染、治疗代谢疾病、靶向杀伤肿瘤、缓解炎症等进行了系统性总结,并针对微生物传感器设计和推广到临床应用中面临的问题和未来的发展进行了分析与展望。利用合成生物学在微生物中设计的生物传感器能智能感知疾病微环境并可控地提供药物,在疾病的监测和治疗中有巨大的应用前景。

光遗传学照进生物医学研究进展

近年来,光遗传学技术因具有非侵入性、可逆性、时空特异性等优点被广泛应用于生物医学研究领域,为疾病治疗提供了新思路和新理念。光作为一种理想的基因表达诱导物,以前所未有的时空精度操控基因表达和细胞行为。随着光遗传学技术的深入研究,基于光遗传学的个性化精准治疗和临床转化成为可能。本文主要介绍了响应不同波长的光遗传学工具及其用于神经系统疾病、肿瘤、心血管疾病、糖尿病、肠道疾病等精准治疗和用于控制基因转录表达、基因编辑、基因重组以及细胞器运动等应用。同时也介绍了光遗传学技术与智能电子设备的有机结合及其在便携式生物电子药物、人工智能诊疗方面的最新研究进展。光遗传学的迅速发展极大地拓展了传统生物电子医学领域。光控系统的远程可控性、可逆性和无毒性为光遗传学在生物医学中的应用提供了坚实的基础。这些方法的成功将对未来实践中的精准医疗产生持久的影响。最后探讨了光遗传学工具存在的问题和在未来临床应用面临的挑战,并对其未来发展前景进行了展望。

旋毛虫脱氧核糖核酸酶Ⅱ蛋白的制备及其定位研究

为获得旋毛虫(T1)脱氧核糖核酸酶Ⅱ(DNase Ⅱ)蛋白,观察其在肌幼虫虫体中的分布,以旋毛虫(T1)肌幼虫cDNA为模板,利用RT-PCR技术扩增旋毛虫脱氧核糖核酸酶Ⅱ(TsDNase Ⅱ)蛋白的编码基因tsdnase Ⅱ,将其克隆到原核表达载体pCold-TF中,转化至大肠杆菌BL21(DE3)感受态细胞中,以IPTG诱导表达,表达产物进行SDS-PAGE电泳分析;利用酶联免疫吸附试验(ELISA)及Western blot分析重组Ts DNaseⅡ(rTsDNase Ⅱ)蛋白的反应原性;将rTsDNase Ⅱ蛋白免疫6-8周BALB/c小鼠,制备其多克隆抗体;制作旋毛虫肌幼虫冰冻切片,利用免疫荧光试验观察TsDNase Ⅱ蛋白在虫体中的分布。结果,成功地扩增出了长度为942 bp的旋毛虫tsdnase Ⅱ基因片段,构建了其原核表达质粒pCold-TF-tsdnase Ⅱ;转化了重组表达质粒的大肠杆菌BL21(DE3)成功可溶表达了rTsDNase Ⅱ,大小为86 kDa;ELISA与Western blot分析结果显示,rTsDNase Ⅱ蛋白能与感染旋毛虫的小鼠血清发生特异性反应;冰冻切片免疫荧光分析显示,TsDNase Ⅱ分布于旋毛虫肌幼虫整个虫体。研究结果为进一步分析TsDNase Ⅱ的特性与功能、利用该蛋白研发旋毛虫病新型防控策略打下了基础。

肥胖治疗的挑战与希望

肥胖是由能量摄入和能量消耗长期失衡引起的脂肪过度堆积。近年来,全球肥胖人数持续上涨,肥胖已成为主要的公共健康问题。肥胖增加糖尿病、脂肪肝、心血管疾病、癌症等多种疾病的风险,导致患者生活质量及寿命下降,严重威胁人类健康。然而,肥胖发生发展机制复杂,干预肥胖的手段仍然有限。因此,需要深入了解肥胖发生发展的机制并提出干预策略。文章对肥胖的发生因素、干预策略、现有问题以及未来前景进行讨论。总而言之,肥胖治疗仍然面临巨大挑战,但新的减肥方式也给人们带来希望。

植物多酚基元辅助递送 siRNA 的构效关系研究

表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)在辅助低分子量阳离子聚合物递送siRNA的过程中表现优异,但其本身是一个结构较为复杂的植物多酚基元,可以进一步拆分为表没食子儿茶素(EGC)和没食子酸(GA)2种多酚基元.而这2种基元分子同样具有抑制癌细胞、杀伤肿瘤细胞以及通过氢键和疏水相互作用力来结合蛋白质或核酸的能力.本文拟探究各类植物多酚基元EGCG,EGC和GA结合核酸的能力和分别在辅助低分子量阳离子聚合物递送siRNA的过程中起到的作用.实验结果表明,EGC辅助ε-聚赖氨酸(PLL)递送siRNA的效率仅次于EGCG,而通过增加EGC的用量可以达到与EGCG接近的递送效果.

一种GLP-1过表达肠类器官构建的方法

胰高血糖素样肽1(glucagon-like peptide 1,GLP-1)作为一种肠促胰岛素,主要由肠道L细胞分泌,由于其能够有效促进胰岛素的释放从而降低血糖,因此GLP-1及其类似物在2型糖尿病的治疗上具有良好的应用前景。本研究优化了慢病毒感染类器官的方法,利用该方法成功构建了GLP-1过表达的小鼠小肠类器官(organoids)。结果显示该类器官分泌的GLP-1能够有效地提高野生型及糖尿病小鼠的葡萄糖耐受能力。因此,本研究构建的GLP-1过表达类器官可以为2型糖尿病的治疗提供一种新的策略。

药物代谢创新模型:基因编辑大鼠和小肠3D类器官

药物代谢与药代动力学(drug metabolism and pharmacokinetics,DMPK)是研究药物的吸收(absorption)、分布(distribution)、代谢(metabolism)和排泄(excretion)过程的科学,评估药物的DMPK特征对药物的前期开发和后期临床精准用药至关重要。药物代谢模型的创新构建促进了药物DMPK评估体系的发展和完善。本文基于我们的研究成果,总结了药物代谢创新模型的最新进展与应用,主要关注以下两个方面:(1)CRISPR/Cas9(clustered regularly interspaced short palindromic repeats-CRISPR-associated)技术创新构建药物代谢酶(包括CYP2E1,CYP3A1/2,CYP2J3/10,CYP1A2)和药物转运体(包括P-gp,OATP1B2)基因敲除(knockout,KO)大鼠模型,并应用于DMPK及其生理功能相关研究;(2)创新性将小鼠和人小肠3D类器官(organoids)应用到ABC(P-gp,BCRP,MRP2)转运蛋白的功能研究。上述药物代谢创新动物模型和类器官模型,不仅有利于评价药物代谢酶和转运体在DMPK中的作用,还有助于深入认识其在机体正常生理活动中的作用功能。

肿瘤免疫治疗新靶标PGE_(2)受体EP4的研究进展

肿瘤免疫治疗已成为人们对抗癌症的重要手段,但响应率低仍是目前亟需解决的关键问题。大量研究表明,逆转肿瘤免疫抑制是阻断肿瘤免疫逃逸、增强和扩大免疫疗法疗效的重要策略。前列腺素E_(2)(PGE_(2))是肿瘤微环境中的强效免疫介质,可特异性结合细胞膜上的七次跨膜蛋白EP4受体,诱导肿瘤微环境免疫抑制,驱动肿瘤免疫逃逸。特异性阻断PGE_(2)/EP4信号通路可有效解除肿瘤微环境免疫抑制,增强抗肿瘤免疫反应,促进肿瘤消退。本文从EP4受体的结构、信号转导、调控机制及其拮抗剂开发现状等方面阐述了EP4受体在肿瘤免疫治疗领域的新进展和新发现,并展望了新的发展方向。

燃烧我的卡路里——产热脂肪的前世今生

肥胖为能量摄入与消耗失衡引起的脂肪过度堆积,是糖尿病、高血压、高血脂、脂肪肝和心血管疾病等代谢综合征的重大风险因素。脂肪作为防治肥胖与代谢性疾病的重要组织靶点,分为储存能量的白色脂肪以及产热并消耗能量的棕色和米色脂肪。研究发现,成年人体内的棕色和米色脂肪含量与机体能量代谢呈正相关,而与BMI和血糖呈负相关,提示激活人体棕色和米色脂肪产热在改善肥胖和胰岛素抵抗方面的重大潜力。文章讲述了棕色和米色脂肪细胞的发育起源、解剖学特征以及调控其发育和产热功能的各种因素。总而言之,棕色和米色脂肪作为治疗肥胖的靶标既具有巨大潜力,又面临着巨大挑战。

小分子化合物WK429抑制炎症和降低体液免疫反应的研究

生发中心(germinal center,GC)的形成和自身抗体的产生常见于多种自身免疫性疾病。在GC形成过程中,滤泡辅助性T细胞(T follicular helper cell,Tfh cell)和生发中心B细胞(germinal center B cell,GC B cell)是不可或缺的。B细胞淋巴瘤6(B cell lymphoma 6,BCL6)是Tfh细胞和GC B细胞的重要转录因子,这两种细胞类型中BCL6的缺失会导致GC反应的终止。本文以BCL6为靶点,以均相时间分辨荧光(homogeneous timeresolved fluorescence,HTRF)为筛选方法,发现了靶向BCL6BTB结构域的新型高效小分子抑制剂WK429。在体外,WK429抑制外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cell,PBMC)和Raw264.7细胞产生炎症因子IL-6和TNF-α,抑制Raw264.7细胞表达趋化因子CCL2和CCL7,也抑制Tfh细胞和GC B细胞的形成及浆细胞的形成和分裂;在体内,WK429同样抑制Tfh细胞、GC B细胞和浆细胞的形成,同时明显降低抗体IgG的产生。本研究显示,WK429能抑制炎症和降低体液免疫反应,这为体液免疫反应过强的自身免疫性疾病的预防或治疗提供了新的策略。

合成生物学在慢病防治领域的应用与展望

随着合成生物学各项技术的日益完善和遗传元件的逐渐丰富,越来越多的基于不同响应机理、不同逻辑运算的人工基因线路被陆续设计开发。基于人工基因线路的定制化细胞疗法和基因治疗极大地推动了重大疾病的创新治疗策略并显示出巨大潜力。然而,目前基因线路定制细胞的设计与构建仍主要依靠假设-试错循环的经验性方法。如何设计与构建智能化、自动化的定制细胞和基因线路以满足不同实际应用场景需求是目前亟需解决的瓶颈问题。未来的合成生物学发展,将利用蛋白质定向进化技术、人工智能化技术在解析底盘细胞生命活动分子机制的基础上,设计动态化感知的智能化基因线路,有效地保证癌症、代谢疾病等治疗的安全性、高效性和特异性。

脂肪衰老与代谢紊乱

衰老往往伴随着机体代谢紊乱,导致多种衰老相关疾病,严重降低老年人群生活质量.多组织转录全景图谱显示,脂肪组织可能是首先衰老的器官之一,在衰老进程中扮演重要角色.年龄增长是引发脂肪衰老的内因,而肥胖是加速脂肪衰老及相关疾病的重要外因.年龄增长和肥胖均导致脂肪衰老和功能障碍,继而导致系统性代谢紊乱,加速多种衰老相关疾病进展.脂肪衰老表现为脂肪组织重分布、产热脂肪功能减退、脂肪干细胞增殖能力下降、脂肪组织炎症与纤维化、脂肪组织分泌谱改变等.脂肪组织作为机体代谢网络中的中心器官,可通过分泌蛋白、代谢物、外泌体及非编码RNA等与其他组织器官进行对话,从而调控整体代谢稳态,而脂肪衰老可能引起机体代谢功能紊乱.因此,靶向脂肪组织进行干预,可能改善脂肪功能障碍继而缓解衰老相关疾病.此外,抗衰老策略也部分通过脂肪组织发挥作用.本文综述了衰老脂肪组织的特征,脂肪衰老与代谢紊乱的联系,重点讨论了脂肪在机体代谢稳态维持中的重要作用及与其他器官的对话机制,并展望靶向干预脂肪衰老,缓解衰老相关疾病,延长寿命与健康寿命的可能性.

新技术能使DNA测序的成本降低多少?

1977年,Sanger及其同事发明出最早的DNA测序技术,1990年开始的人类基因组计划催生了DNA测序技术的自动化.近10多年来,新一代测序技术得到了飞速的发展,测序速度及测序通量的巨大提升使得个人基因组的测序成本急剧下降,达到了1000美元一个全基因组的水平,从而使得DNA测序技术在生命科学研究领域以及临床医学上有着更广阔的应用前景.近来出现的第三代测序技术具有测序过程中无需PCR扩增而且产生非常长的测序片段的优势.尽管其测序的准确性只达到85%左右且成本高,但仍然显示出了较好的前景."精准医学"时代的来临将进一步促进DNA测序技术的革新,并使个人基因组测序成本进一步下降,有望使个人基因组测序成本进入百美元的时代.随着海量的测序数据的积累,如何有效地分析和解读这些测序数据面临着巨大的挑战,生物信息学在此过程中扮演着关键的角色.

角质形成细胞与T细胞的crosstalk诱发银屑病的研究现状及展望

银屑病作为一种常见的慢性炎症性皮肤病,其在皮肤上的主要特征表现为角质形成细胞过度增殖并伴有炎性细胞浸润。虽然已知T细胞通过分泌大量的细胞因子,如IL-17、TNF-α等能诱发银屑病,但对于角质形成细胞如何影响T细胞的活化导致皮肤炎症级联放大而恶化银屑病病程仍知之甚少。近年来,绝大多数的研究集中在证明IL-23/IL-17/IL-22轴是银屑病中皮肤炎性细胞浸润和表皮层增生的主要诱因。这些研究将角质形成细胞作为银屑病病发的一个readout,而忽略了角质形成细胞对T细胞分化和活化的影响在银屑病致病过程中的重要作用以及角质形成细胞、树突状细胞和T细胞之间错综复杂的相互作用。因此,这篇综述将总结角质形成细胞和T细胞在银屑病发生、发展中所起的重要作用,尤其是角质形成细胞、树突状细胞与T细胞相互调节、相互制约的网络调控体系在银屑病致病过程中的决定作用,从而为临床更好地诊治银屑病提供理论指导。

基因治疗在临床应用中的研究进展

20世纪60年代,科学家首次提出利用基因治疗治愈遗传疾病的概念。这一全新的概念性策略旨在通过将外源性遗传物质引入患者体内来获得长期的治疗效果。五十年的风雨沉浮,21世纪取得的里程碑式突破为基因治疗开启了新的篇章。文中回顾和总结了基因治疗的发展历程和重大突破,包括一些重要的临床试验和已批准上市的基因疗法,以及新兴的基因编辑技术。相对于传统疗法的独特优势,基因疗法将会成为治疗遗传疾病的重要手段,必将造福全人类。

非病毒定点整合CAR-T技术的开发及其在复发难治性非霍奇金B细胞淋巴瘤临床治疗中的应用

淋巴瘤是起源于淋巴组织的恶性肿瘤,主要可分为霍奇金淋巴瘤(Hodgkin's lymphoma,HL)和非霍奇金淋巴瘤(non-Hodgkins lymphoma,NHL)两大类.NHL更为多见,是一种原发于淋巴组织高复发率和高致死率的血液系统恶性肿瘤,占所有淋巴瘤80%~90%.患者可见于各年龄,随着年龄增长,发病率也逐渐增加(中位年龄,50岁).

功能蛋白质组学在神经系统疾病中的应用

随着生命科学的快速发展,定量蛋白质质谱技术应运而生,在基础科学研究中发挥越来越重要的作用。质谱技术检测蛋白质差异表达、蛋白质翻译后修饰以及蛋白质之间的相互作用,在不同的生物系统中解决不同的生物学问题,在临床诊断中也发挥着重要的作用。随着人类社会的进步,社会及自然环境的改变,神经系统疾病的发病率逐年增加。大脑作为人类认知所特有的器官,在神经系统疾病中作为主要研究对象,具有结构的复杂性及组织功能性的严密性,对其研究更需要高产出,更系统的研究方法。质谱技术的高精确性及高灵敏度很好地满足这一需求,因此本文主要介绍基于"鸟枪法"的串联质谱技术在神经系统疾病的发病机理及临床诊断中的重要应用,并对目前的研究现状做一个展望。

碱基编辑器的研发及其应用

基因编辑技术可以通过靶向插入、敲除或替换的方法来改变或者修复目的基因。基于规律成簇间隔短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeat,CRISPR)及其相关蛋白(CRISPR-associated,Cas)开发出的单碱基编辑器(base editor,BE)是一类不依赖于DNA双链断裂便可以实现高效单碱基替换的新一代基因编辑工具,包括胞嘧啶碱基编辑器(CBE)、腺嘌呤碱基编辑器(ABE)以及腺嘌呤胞嘧啶双碱基编辑器(A&CBE)等。碱基编辑器经过一系列的优化和改进有望为点突变型遗传病患者提供可行的临床治疗新手段。同时,基于锌指(zinc-finger,ZF)、转录激活样效应因子(transcription activator-like effector,TALE)结构开发出的线粒体碱基编辑器填补了线粒体基因编辑的空白。该文对各类碱基编辑器的研发、优化及分类进行了概述,并总结了利用碱基编辑器在模式动物小鼠(Mus musculus)和斑马鱼(Danio rerio)中模拟人类点突变遗传病并进行基因修正编辑的进展,以及碱基编辑工具在植物育种等方面的研究现状。

胡蔓藤内生真菌分离鉴定及抗菌活性研究

胡蔓藤是著名的药用剧毒植物,对于胡蔓藤内生真菌的系统研究尚属空白.因此,致力于开发拓宽胡蔓藤内生真菌资源,寻找能产生抗菌物质的菌株.经菌落形态和显微形态去重后进行ITS序列分子鉴定.从胡蔓藤根、茎、叶和花中分离纯化得到内生真菌60株,通过形态及分子排重,最后鉴定出17个种,来自于7目、7科、9属,其中链格孢属和节菱孢属为优势属.根、茎、叶和花中内生真菌多样性指数分别为1.4943、2.2659、1.79811、0.以金黄色葡萄球菌和大肠杆菌作为指示菌,在17种胡蔓藤内生真菌中,有15种内生真菌至少对一种指示菌有抗菌活性,部分菌株显示了较强的抑菌活性.结果表明,胡蔓藤内生真菌资源丰富,有很大的开发利用空间,部分菌种抑菌活性显著,值得进一步研究.