Nature子刊：首个哺乳动物“手机”

　　来自苏黎世联邦理工学院的研究人员确实地构建出了一种“手机”：他们以这种方式对哺乳动物细胞进行了重编程，使得细胞能够通过化学信号给彼此“打电话”。

　　打电话是一个相互交流信息的过程：A给B打电话，两者就B应该做的事情达成一致意见。一旦这样做了，B方就会给A方去电话让他或她知道。A不再回复B电话。在这种双向通讯过程中，电信号被传送，而适当的设备是他们之间信号传递的必要条件。

　　基于这一规则，由苏黎世联邦理工大学生物系统科学与工程学系Martin Fussenegger 和Jörg Stelling领导的一个生物工程师小组以这种方式对哺乳动物细胞进行了重编程，使得两个细胞可通过化学信号进行沟通。如此科学家们第一次将一种人造的双向通信系统整合到了哺乳动物细胞中，其对信号分子中的浓度差异做出了反应。研究人员利用了合适的信号分子，构建出了生物元件组成的能接受、处理并对信号做出相应反应的“设备”。该设备由适当的基因和他们的产物、蛋白质构成，彼此逻辑上相互关联。

　　系统自动关闭

　　研究人员利用一种酶生成了来自吲哚的L-色氨酸(L-tryptophan)，随后将L-色氨酸从外导入到发送器细胞中。一旦这一小分子进入到接收器细胞，细胞会处理该信号。接收器对L-色氨酸做出反应转而生成发送器细胞能够接受的乙醛。如果，在某个特定的时间之后，达到某一特定的乙醛浓度或吲哚耗竭，发送器细胞就会停止生成L-色氨酸，系统再次自动关闭。

　　“这一系统性的通讯网络是一种真正的‘手机’，” Martin Fussenegger说。尽管其他的科学家们曾经开发出细菌和酵母细胞系统性通讯网络。他们是第一次采用哺乳动物细胞，而这一细胞类型要复杂得多。

　　模块可以再连接

　　在他们的实验中，研究人员利用了常用于研究的HEK人肾细胞。此外构建这一信号网络必需的生物学元件可以一种模块化的方式使用。利用这些模块，研究人员还能够连接其他的信号通路，包括由发送器细胞引导信号级联，通过信号处理细胞到执行接收器细胞无需任何回路。

　　在多细胞生物体中不同细胞类型之间的双向通信是重要的。它调控了炎症反应、如手脚等四肢发育，通过胰岛素和胰高血糖素控制了身体的血糖水平，并控制了血管系统的形成和维持。

　　网络控制血管的形成

　　得益于他们的“手机”，苏黎世联邦理工学院的生物技术人员能够在细胞培养物中准确地模拟后者。他们在培养皿中放置了发送器和接收器模块以及一群沿血管壁排列的内皮细胞。在对色氨酸信号做出反应时，接收器模块形成了信使VEGF和乙醛。从而提高了内皮细胞的通透性，这是血管生长的关键先决条件。

　　由于乙醛反应，发送器模块最终生成了信号分子Ang1，Ang1止住了内皮细胞渗透抑制了血管生成。

　　这一信号系统也发现存在于人体中。如果VEGF失控，会导致太多血管形成，其最终为生长中的肿瘤供养。这一“手机”因此可能是停止新血管病理性形成的一种可行的策略。Fussenegger说：“通讯对于控制血管极其重要，我们希望未来能够利用人造‘手机’来精确地矫正或甚至是治愈疾病相关的细胞通讯系统。”