Cell：绕过进化限制，结构域重组设计合成转录因子，增强CAR-T细胞的抗肿瘤功能|信号|受体|抗肿瘤|细胞|结构域|蛋白|转录因子

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

人类蛋白质编码基因的产生，主要依赖于通过添加、删除或重排祖先基因中的结构域来实现功能重塑，而非从头合成全新序列。这一原理启发了早期的蛋白质工程研究，人们利用结构域重排技术重组基因，最初采用随机方式，后来则在预设的连接点进行操作，以实现多种应用，例如优化酶的功能，或将正交信号通路等新功能引入低等生物体中。然而，尽管在原代人细胞中基于基因和碱基对水平的工程技术已发展为广泛采用且可扩展的技术，但在结构域层面系统探索基因变化的方法仍相对不成熟。

2026 年 8 月，斯坦福大学的研究人员在国际顶尖学术期刊Cell上发表了题为：Synthetic transcription factors designed by domain recombination enhance CAR T cell antitumor function 的研究论文。

该研究开发了一种可扩展的、以进化为导向的方法——，用于从蛋白质家族中的组成结构域组装新基因——DESynR（Domain Engineered via Synthesis and Recombination）基因。利用该方法设计的合成转录因子——DESynR AP-1 转录因子，可增强CAR-T 细胞的抗肿瘤功能。

该研究证明了重新配置现有蛋白结构域可能揭示出未被自然进化所选择的基因，从而实现具有治疗意义的细胞状态编程。

在原代 T 细胞中，结构域重排的应用局限于调控明确的结构-功能关系，尤其是在表面受体方面。例如，嵌合抗原受体（CAR）将 B 细胞受体样（BCR-like）的抗原识别结构域与 T 细胞受体（TCR）的信号转导结构域整合成单一模块化架构，并通过调整各个结构域实现了治疗上的优化。类似的策略已被扩展到细胞因子及其他受体，以精细调控对外界信号的响应。

与此同时，T 细胞是功能基因组学工具开发的理想原代人类细胞模型。CRISPR 及相关技术已实现对天然基因的全基因组敲除、敲低、过表达以及碱基对特异性调控，揭示了基本作用机制，并为增强 T 细胞疗法提供了策略。例如，过表达AP-1转录因子 JUN、BATF、BATF3 和 FOSL2 等，可改善 T 细胞的增殖、细胞因子产生、干性或抗耗竭能力。尽管 AP-1 转录因子共享一个保守的 DNA 结合域，但其转录激活及蛋白质相互作用结构域各不相同，这很可能是基因重复与分化所致。天然 AP-1 转录因子的结构域组合已被证实有助于增强 T 细胞功能，但这类组合仅占该家族可能组合的一小部分。由于转录因子结构域大多尚未明确，相较于以往基于结构和功能指导的结构域重排方法，大规模组装未经进化优化的 AP-1 结构域组合虽缺乏严格监督，却可能释放出天然基因中未被发掘的潜在功能。

在这项最新研究中，研究团队开发了一种高通量的、基于进化的组合组装方法，用于在蛋白家族内从组成结构域组装新型基因，研究团队将其命名为——DESynR（Domain Engineered via Synthesis and Recombination）基因，并使用该方法成功组装了 13824 个DESynR AP-1 转录因子。

在人类原代 T 细胞中，DESynR AP-1 转录因子驱动的 CAR-T 细胞在体外和体内抗肿瘤实验中显著优于天然 AP-1 转录因子。DESynR AP-1 转录因子可诱导广泛的转录与表观遗传重编程，建立非天然 T 细胞状态，优化耗竭、效应功能和细胞毒性以及持久性等特征，有时还会劫持来自不同细胞类型的基因模块。这种重编程主要由已知 AP-1 结合调控元件的差异性调控驱动，而非依赖独特的结合能力。最后，研究团队还筛选了 DESynR 的 ETS 和 FOX 转录因子，以验证该方法在不同蛋白家族中的普适性。