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在诺奖得主实验室,华人博后用细菌自杀开关撬动p53半个世纪死结

利用细菌Cas12a2系统,设计向导RNA识别癌细胞突变RNA,激活酶切DNA,精准清除携带p53、EGFR等突变的癌细胞。动物实验通过脂质纳米颗粒递送验证疗效。该可编程多靶点策略为p53突变癌症治疗提供新路径。

先说一个很有意思的细节。一位中国学者给诺奖得主詹妮弗·杜德纳发邮件,讲了一个听起来有点“疯狂”的想法——细菌体内有套自杀系统,能识别病毒RNA后就把自己的DNA切碎。那癌细胞里也有错误的RNA,能不能借这个机制让癌细胞自我了断?

杜德纳的回信很干脆:这是个非常好的主意。

这位学者叫曾京昆,两年前从伦敦来到加州大学伯克利分校做博士后。他在英国弗朗西斯·克里克研究所读博期间,师从英国皇家学会院士John Diffley,博士论文就发了一篇《细胞》一作,研究的是p53如何推动癌细胞全基因组加倍。那段研究让他产生一个执念:既然p53突变修不好,那就别修了,直接杀掉这些突变细胞。

这个想法在他脑子里转了整整三年,直到遇上Cas12a2。今年6月,他和团队在《自然》杂志上证明:那个被科学界惦记了半个世纪的“不可成药”突变,居然可以被Cas12a2精准识别,连带着整个癌细胞一起清除。

半个世纪的p53成药死局

癌症治疗领域一直有个老难题。p53是人体最核心的抑癌基因,相当于细胞里的安全督察。DNA受损了,它叫停细胞分裂;损伤修不好,它就启动凋亡程序。但在40%到50%的癌症患者身上,这个督察自己先出了Bug。一旦p53突变,癌细胞就少了一道最关键的限制。

更要命的是,p53蛋白表面非常光滑,根本没有能让小分子药物钻进去的口袋。传统小分子药本质上是抑制剂,可对已经失效的p53,你拿什么去抑制?制药界折腾了半个世纪,至今没有一款获批的药能直接靶向p53突变。

曾京昆的博士论文就盯着这个难题。他发现p53在复制压力下会帮癌细胞完成全基因组加倍,让肿瘤变得更强悍。这个发现让他确信:与其费尽心思去修复p53,不如直接清除那些携带p53突变的细胞。

问题在于怎么清除。癌细胞和正常细胞外表上太像了,用化疗药无差别攻击,基本等于杀敌一千自损八百。如果能找到一种方法,阅读癌细胞内部的突变信息再进行精准清除,就能绕过p53蛋白没有成药口袋这个死结。

借细菌免疫,打造RNA触发的细胞“自杀开关”

Cas12a2恰恰提供了这种可能。它来自细菌的免疫系统,本职工作是:病毒入侵时,用向导RNA(gRNA)识别病毒的RNA序列,一旦匹配上就被激活,然后无差别切割细胞内的DNA,让被感染的细菌“自杀”。本质上是一种牺牲个体、保护族群的防御策略。


(来源:《自然》)

曾京昆的思路很直接:如果把Cas12a2的识别对象从病毒RNA换成癌细胞特有的突变RNA呢?

Cas12a2识别目标靠的是向导RNA,一段只有20多个碱基的核酸序列。只要设计一段向导RNA,让它和癌细胞里的突变序列完美互补,Cas12a2就能在千万条正常的RNA中间精准揪出那条出错的。一旦识别成功,Cas12a2就启动杀伤模式,把细胞核里的染色质撕成碎片,癌细胞随之死亡。

这套系统的安全性和特异性,来自“识别-杀伤”的两步级联机制。第一步是精准识别,只有细胞内存在匹配的突变RNA时,Cas12a2才会从休眠状态激活。第二步是广谱杀伤,激活后的酶无差别切割DNA,但正常细胞因为没有靶标突变RNA,Cas12a2始终保持失活,不会造成误伤。整条系统的特异性,完全由第一步的RNA识别环节决定。


(来源:《自然》)

在本次论文里,研究团队用EGFR基因做了验证。EGFR是非小细胞肺癌里最常见的突变基因之一,其中一种叫E746_A750del的突变,原因就是基因上丢了15个碱基。这段缺失让EGFR蛋白失去自抑制能力,癌细胞开始疯狂增殖。

曾京昆设计了一段向导RNA,专门识别缺失后形成的新连接处。正常细胞里没有这个连接处,Cas12a2不会被激活。而携带EGFR突变的肺癌细胞里,向导RNA一到位,Cas12a2就开始工作,精准杀死癌细胞。两种细胞唯一的区别就是那15个碱基的缺失。

接下来是p53。p53的突变类型更多样,最常见的是单碱基替换。研究中,团队针对多个p53单碱基突变设计了特异性的向导RNA,都能和Cas12a2一起特异性杀死携带靶标突变的癌细胞,对不携带突变的细胞无明显杀伤。

由于p53突变在癌症里非常普遍,曾京昆还分析了一万六千多个肿瘤样本的测序数据,结果发现超过四分之一的p53突变属于能增强PFS识别的类型,将近七成能在突变附近找到Cas12a2可用的PFS基序。这意味着理论上大量p53突变患者都有希望从这套方法里受益。

动物实验层面,团队通过脂质纳米颗粒(LNP)包裹Cas12a2 mRNA与向导RNA,以静脉注射完成体内递送,验证了活体层面的治疗效果。

可编程多靶点:应对肿瘤逃逸的天然优势

除了单靶点的精准杀伤,Cas12a2系统另一大核心优势是天然的多靶点可编程性。

向导RNA只需依据靶标突变的核酸序列进行互补设计,针对全新突变位点的靶向方案,数天内就能完成设计与验证。而且这个酶能自主处理CRISPR阵列,一条递送载体就能同时装载多条靶向不同突变的向导RNA。面对肿瘤异质性和突变逃逸,多靶点组合能形成冗余杀伤机制,大幅降低肿瘤耐药的可能性——这是传统小分子药物和单靶点疗法难以比拟的优势。

从伦敦到加州,从Diffley院士到诺奖得主Doudna,从《细胞》一做到《自然》一作,曾京昆追踪的问题始终是一个:如何更聪明地杀死不该存在的细胞。他给出的答案是,给癌细胞安上一个“声控开关”,只有发出错误口令的细胞才会引爆自己,正常细胞始终保持沉默。

从实验室到产业:让技术走向真实临床

曾京昆没有把这些成果只留在论文里。他作为主要创始人之一,参与创办了中国公司无尽方舟,并担任CTO。无尽方舟是一家专注于长寿的创新生物科技公司,致力于通过AI与生命科学融合,加速宠物与人类抗衰老及长寿干预药物研发。

未来Cas12a2技术平台如果延伸到衰老细胞的清除,将和公司方向存在交集。用他自己的话说,创业让他更清楚实验室里的技术要走到病人体内需要经历什么,这段经历反过来也会助力他设计更有临床转化潜力的课题。

参考资料:

相关论文 https://doi.org/10.1038/s41586-026-10738-7

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