子科生物報道：當人們聽到肉毒桿菌毒素時，他們通常會想到兩件事之一：一種能使皺紋消失的化妝品或致命的毒藥。

但是“奇跡毒藥”，也被稱為，已經(jīng)被食品和藥物管理局批準用于治療慢性偏頭痛、不受控制的眨眼和某些肌肉痙攣等一系列疾病。而現(xiàn)在，哈佛大學(xué)和博德研究所的一個研究小組首次證明，他們可以在實驗室里快速進化毒素，以多種不同的蛋白質(zhì)為靶點，創(chuàng)造出一套定制的、超選擇性的蛋白質(zhì)，稱為蛋白酶，有可能幫助神經(jīng)再生，調(diào)節(jié)生長激素，平息猖獗的炎癥，或抑制威脅生命的免疫反應(yīng)，稱為細胞因子風暴。

“理論上，你可以干預(yù)的疾病的數(shù)量和類型有很高的上限，”特拉維斯·布魯姆說，化學(xué)和化學(xué)生物學(xué)系的博士后研究員，該研究的第一作者，發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。這項研究是與哈佛醫(yī)學(xué)院副教授閔東和霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員、博德研究所核心教員托馬斯·達德利·卡伯特自然科學(xué)教授大衛(wèi)·劉合作的成果，研究小組取得了兩個第一：他們成功地重新編程了蛋白酶——可以切割蛋白質(zhì)以激活或使其失活的酶——來切割全新的蛋白質(zhì)靶點，甚至有些靶點與起始蛋白酶的天然靶點幾乎沒有或根本沒有相似性，同時避免與它們原來的靶點結(jié)合。他們還開始著手解決布魯姆所說的“生物學(xué)上的經(jīng)典挑戰(zhàn)”：設(shè)計能夠交叉進入細胞的治療方法。與大多數(shù)大型蛋白質(zhì)不同，肉毒桿菌毒素蛋白酶可以大量進入神經(jīng)元，使其具有更廣泛的應(yīng)用范圍，使其成為更具吸引力的潛在療法。

現(xiàn)在，該團隊的技術(shù)可以進化出定制的蛋白酶，并為切割哪種蛋白質(zhì)提供量身定制的說明?！眲⒔淌谡f：“這樣的能力可以使‘編輯蛋白質(zhì)組’成為可能，以補充最近開發(fā)的編輯基因組的技術(shù)?！?/p>

目前的基因編輯技術(shù)通常針對鐮狀細胞貧血等慢性疾病，這種疾病是由潛在的遺傳錯誤引起的。糾正錯誤，癥狀就會消失。但是一些急性疾病，比如中風后的神經(jīng)損傷，并不是由基因錯誤引起的。這就是以蛋白酶為基礎(chǔ)的療法的用武之地：蛋白質(zhì)可以通過臨時甚至一次性的治療來幫助提高身體治愈神經(jīng)損傷等疾病的能力。

幾十年來，科學(xué)家們一直渴望用蛋白酶來治療疾病。與抗體不同，抗體只能攻擊體內(nèi)特定的外來物質(zhì)，蛋白酶可以發(fā)現(xiàn)并附著在任何數(shù)量的蛋白質(zhì)上，一旦結(jié)合，不僅可以摧毀目標。例如，它們可以激活休眠的蛋白質(zhì)。

“盡管有這些重要的特性，蛋白酶還沒有被廣泛地用作人類的治療手段，”劉說，“主要是因為缺乏一種產(chǎn)生蛋白酶的技術(shù)來切割我們選擇的蛋白質(zhì)靶點?！?/p>

但是劉在他的口袋里有一張技術(shù)王牌：PACE（代表噬菌體輔助的持續(xù)進化）。作為實驗室的一項發(fā)明，該平臺可以快速進化出具有重要功能的新蛋白質(zhì)。劉說，佩斯每天可以進化出幾十代蛋白質(zhì)，只需很少的人為干預(yù)。利用佩斯，研究小組首先教授了所謂的“混雜”蛋白酶——那些自然針對大量蛋白質(zhì)的蛋白酶——停止切割某些目標，變得更具選擇性。當這種方法奏效后，他們又開始了更大的挑戰(zhàn)：教一種蛋白酶只識別一個全新的目標，一個在它的天然駕駛室之外的目標。

“一開始，”布盧姆說，“我們甚至不知道接受這類獨特的蛋白酶并對其進行進化，或者教它們切割新的東西是否可行，因為這從來都不是“這是一個登月開始，說：”邁克爾帕克，前劉實驗室成員和論文作者。但蛋白酶的表現(xiàn)超出了團隊的預(yù)期。隨著PACE的發(fā)展，他們從肉毒桿菌毒素的三個家族中進化出四種蛋白酶；所有四種蛋白酶在其原始靶點上均未檢測到活性，并以高度特異性（從218倍到11000000倍）切割其新靶點。蛋白酶也保留了它們進入細胞的寶貴能力?！薄澳阕罱K得到了一個強大的工具來進行細胞內(nèi)治療，”布魯姆說理論上，“

”在理論上，因為這項工作為快速產(chǎn)生許多具有新功能的新型蛋白酶提供了堅實的基礎(chǔ)，在這樣的蛋白酶可以用于治療人類之前，還需要做更多的工作。還有其他的局限性：這些蛋白質(zhì)不是治療慢性病的理想藥物，因為隨著時間的推移，人體免疫系統(tǒng)會將它們識別為外來物質(zhì)，并攻擊和化解它們。雖然肉毒桿菌毒素比細胞中大多數(shù)蛋白質(zhì)的壽命更長（最長可達3個月，而通常蛋白質(zhì)的生命周期為數(shù)小時或數(shù)天），但研究小組進化出的蛋白質(zhì)最終可能會縮短壽命，從而降低其有效性。

不過，由于免疫系統(tǒng)需要時間來識別外來物質(zhì)，蛋白酶可以有效地進行臨時處理。而且，為了避開免疫反應(yīng)，研究小組還希望進化出其他種類的哺乳動物蛋白酶，因為人體不太可能攻擊與自身類似的蛋白質(zhì)。由于他們對肉毒桿菌毒素蛋白酶的研究非常成功，研究小組計劃繼續(xù)對其進行修補，這意味著他們將繼續(xù)與Min Dong進行卓有成效的合作，世衛(wèi)組織不僅獲得了疾病控制中心（CDC）對肉毒桿菌毒素的必要許可，而且還對蛋白酶的潛在醫(yī)療應(yīng)用和靶點提供了批判性的觀點。

“我們?nèi)栽谂α私庠撓到y(tǒng)的局限性，但在理想的世界中，”布魯姆說，“我們可以考慮使用這些理論上，毒素可以切割任何感興趣的蛋白質(zhì)。“他們只需要選擇下一個要攻擊的蛋白質(zhì)