AmBeed文献解读|Nature

细胞表面上的可编程蛋白质连接

2025年7月30号，普林斯顿大学Christian Kofoed和Girum Erkalo研究团队在Nature发表题为《Programmable protein ligation on cell surfaces》的研究。这篇文章揭示了一种新型的细胞表面靶向技术SMART（splicing-modulated actuation upon recognition of targets），通过整合多个细胞表面特征，利用邻近门控蛋白转接作用实现活性蛋白的局部生成。这种技术将条件性蛋白质剪接（CPS）与细胞靶向识别完美结合，具有高度的选择性和灵活性，可以用于细胞系统的局部检测或操纵，具有重要的应用前景。

AmBeed产品

· The 2-[2-(2-aminoethoxy)ethoxy]ethanol(CAS. 86770-74-3)

· 2-(furan-2-yl)-7H-pyrazolo[4,3-e][1,2,4]triazolo[1,5c]pyrimidin-5-amine (CAS. 162401-16-3)

· 4-[3-(trifluoromethyl)-3H-diazirine-3-yl]benzylamine hydrochloride (CAS. 1258874-29-1)

· biotin-PEG3-amine (CAS. 359860-27-8)

用于SMART-SpyCatcher的开发和SpyTag003–APEX2的递送。

研究背景

研究结果

研究者提出了一种新的策略，利用条件性蛋白质剪接和分裂内含肽的特性，开发了一个能够根据细胞表面特征实现局部蛋白质功能激活的系统（SMART）。这一系统有望克服现有技术的局限性，为细胞生物学研究和合成生物学应用提供新的工具。

具体而言，SMART系统是一种由邻近门控蛋白转接作用驱动的自主决策装置，通过将两个无活性的片段结合在一起，产生具有特定功能的活性蛋白。

研究发现，这种蛋白驱动平台可以在指定的细胞表面上进行聚合蛋白连接，从而实现高度选择性的活性蛋白生成。这些活性蛋白可以保留在它们被制造的细胞表面，也可以释放到周围环境中。由于其固有的模块化和可调性，该研究证明了这种技术可以兼容不同类型的输入、靶向方式和功能输出，从而实现对细胞系统的局部检测或操纵。这意味着该平台可以根据不同的需求进行调整和优化。

图1. 一种在活细胞表面通过条件性蛋白剪接计算布尔逻辑的蛋白执行器

条件性蛋白质剪接（CPS）：CPS 是一种能够按需生成任何期望蛋白质输出的技术，通过分裂内含肽（split inteins）的自催化剪接-连接反应实现。

SMART平台：SMART（splicing-modulated actuation upon recognition of targets）是一个基于条件性蛋白质剪接的平台，能够根据细胞表面抗原的组合生成特定的功能性蛋白质。

本研究通过系统筛选和优化，成功开发了SMART-SpyCatcher，通过替换 Npu 分裂内含肽为 NrdJ-1 分裂内含肽，并设计了一个完全活性的突变体，优化了系统以适应细胞表面的应用，通过解析 NrdJ-1 的结构并设计突变体，为 SMART 平台的进一步工程化和应用奠定了基础。

图2. 调整SMART驱动和逻辑运算

本研究通过调节 SMART 平台的笼装元件，成功扩展了其响应动态范围，并展示了其在细胞选择性杀伤中的应用潜力。

SMART 响应动态的调节：研究者通过工程化笼装元件，调节 SMART 系统的响应性，生成具有不同活性的 SMART-SpyCatcher 对，而不影响靶向特异性。

细胞选择性杀伤：SMART 平台能够实现细胞选择性杀伤，特别是在异质细胞群体中选择性地耗竭特定细胞亚群。这种能力在癌症治疗等应用中具有重要意义。

图3. 多样的SMART靶向实现AND门控的邻近标记

本研究展示了 SMART 平台在多样化靶向载体和AND门控邻近标记方面的潜力。

靶向载体的多样性：SMART 平台在靶向载体方面具有高度的模块化，可以兼容多种靶向载体，包括单域抗体、单链片段变量、肽和小分子。

AND门控邻近标记：SMART 平台可以用于AND门控邻近标记实验，通过结合不同的逻辑运算和邻近标记策略，能够特异性地标记细胞表面的蛋白质，为复杂环境（如组织）中的蛋白质组学绘图提供了新的机会。

图4. smart细胞因子的开发

本研究成功构建了SMART-IL-1β。SMART-IL-1β 是第一个能够在局部刺激下后翻译生成活性细胞因子（IL-1β）并将其释放到细胞微环境中的按需系统。该系统能够根据特定的细胞表面抗原组合激活并释放 IL-1β，具有高度的选择性和功能性，为研究细胞因子的局部作用机制和开发新型免疫治疗策略提供了新的工具。

SMART平台的核心优势：

1. 模块化设计支持多种输入（从抗体片段到小分子配体）与输出（从标记酶到细胞因子）的自由组合；

2. 基于结构工程的执行器实现了响应动态范围的精确调控；

3. SMART系统通过"拼接-保留"或"拼接-释放"两种机制，解决了效应分子时空控制的关键难题。

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DOI: 10.1038/s41586-025-09287-2