喝杯咖啡或帮助抗癌？华人团队打造咖啡因+CRISPR黑科技|古坑咖啡|抗癌|激酶|细胞|蛋白|雷帕

每天早上喝的那杯咖啡，也许有一天可以帮你抗癌。近日，美国德州农工大学周玉斌（音）教授和团队将咖啡因和 CRISPR 基因编辑技术结合起来，造出了一种可以被咖啡环唤醒的治疗系统。简单来说，未来医生可能在你体内植入一些经过设计的细胞，然后你只需要喝杯咖啡，这些细胞就会开始干活，比如释放胰岛素，或者激活免疫细胞去攻击肿瘤。

（来源：https://ibt.tamu.edu/centers/translational-cancer-r）

这个系统的核心是一种叫做化学遗传学的技术。该团队先在体外使用基因工程改造一批细胞，给它们装上特殊的开关。这个开关平时是关着的，只有遇到特定的化学分子才会打开，他们选择的触发分子正是咖啡因。

具体来说，他们把一种能够识别咖啡因的蛋白质模块，插进了一种叫做纳米抗体的分子里。这个纳米抗体本来是用来结合另一种荧光蛋白的。改造之后，咖啡因一旦出现，纳米抗体就会变个形状，抓住那个荧光蛋白。该团队把这种改造后的纳米抗体称之为咖啡体。

为了验证系统是否管用，他们设计了这样一个实验：把荧光蛋白固定在细胞的线粒体上，把咖啡体放在细胞质里。没有咖啡因的时候，咖啡体在细胞质里游荡，线粒体上没有荧光。一加咖啡因，咖啡体就会被激活，跑到线粒体上抓住荧光蛋白，这时线粒体就会开始发光。从添加咖啡因到发光，只需要 30 多秒。

这套系统的灵敏度比较高，半有效浓度是 65.8 纳摩尔。一杯普通咖啡里的咖啡因含量大约是几十到上百毫克，远超这个浓度。该团队甚至尝试了直接使用市售的咖啡、茶、可乐、红牛倒进细胞培养液，结果发现都能激活这个系统。

光能抓住蛋白还不够，他们接下来直接尝试使用它来控制细胞信号通路，即把一种名为 TrkA 的受体酪氨酸激酶的胞内段，和咖啡体融合在一起。这个激酶平时在细胞质里闲着，一旦被招募到细胞膜上聚集起来，就会激活下游的信号。

该团队在细胞膜上挂了那个荧光蛋白，咖啡体带着激酶在细胞质里转悠。咖啡因一来，咖啡体就会带着激酶跑到膜上，激酶聚集激活之后，下游的钙离子信号和 ERK 信号通路都亮了。

使用荧光探针查看发现钙离子浓度涨了 4.8 倍。再用一个能够报告基因表达的荧光蛋白，他们发现加了咖啡因之后，荧光涨了 7.7 倍，而没加的时候几乎没有背景信号。

该团队还尝试使用这个系统来控制钙离子通道，把钙通道的关键调控蛋白 STIM1 的一部分分别挂在咖啡体和荧光蛋白上。结果发现：咖啡因一来，两者就会发生结合，通道打开之后钙离子就会内流，下游的 NFAT 转录因子跑到细胞核里，进而启动基因表达。

既然咖啡因能被打开，那么能不能关上？他们又做了另一个名为雷帕霉素体的系统，即把一种叫做 UniRapR 的模块插进纳米抗体里，这个模块本身是会响应雷帕霉素的，而平时会和另一种蛋白结合。该团队筛选出了一个变体，发现当雷帕霉素存在的时候，纳米抗体反而会松开它抓取的那个荧光蛋白。从加药到松开，只需要 20 多秒。

该团队使用这个系统做了一个可关闭的 CRISPR 激活器，把 dCas9 蛋白和荧光蛋白结合，把转录激活因子 VP64 和雷帕霉素体融合。平时两者结合，VP64 被招募到 dCas9 上从而激活基因转录。添加雷帕霉素的时候，两者分离，转录停止。他们也尝试了报告基因，发现加了雷帕霉素之后荧光降了 85%。又尝试了内源基因 LINE-1，发现同样能够关掉。