华东师大学者在Nature子刊发表治疗胰岛素抵抗智能传感器的重要研究成果

 随着生活水平的不断提高，人们的生活质量尤其是饮食方面有了显著的改善。但大量高脂、高糖食物的摄入，大大提高了人们患高血糖、高血脂等为特征的胰岛素抵抗综合症风险，严重影响了人们的健康安全。胰岛素抵抗是由于多种因素使胰岛素促进葡萄糖摄取和利用的效率下降，机体代偿性的分泌过多胰岛素产生高胰岛素血症，以维持血糖的稳定。胰岛素抵抗易导致代谢综合征和II型糖尿病等代谢疾病。
来自华东师范大学和瑞士苏黎世联邦理工大学的研究者们，为了实现胰岛素抵抗诊疗目的，他们利用合成生物学的策略，设计构建了一种智能胰岛素传感器，并应用于胰岛素抵抗综合症的诊疗。该研究成果发表在Nature子刊Nature Biomedical Engineering。
领导这一研究的为来自瑞士苏黎世联邦理工大学的Martin Fussenegger教授和来自华东师范大学的叶海峰研究员，两人是本研究的共同通讯作者。他们巧妙地设计、合成了一种能自我回馈调节的胰岛素传感器，可以高效识别血液中胰岛素水平，当血液里的胰岛素超过一定阈值后，其可以调控表达脂联素(Fc-adiponectin)，从而缓解胰岛素抵抗症状起到治疗效果（下图）。

人工智能胰岛素传感器设计及其胰岛素抵抗治疗策略示意图
为了验证该胰岛素传感器在体内长期的诊疗效果，他们成功筛选到了一株含有胰岛素传感器的稳转细胞系HEKIR-Adipo，通过微囊包裹技术，并移植到胰岛素抵抗性糖尿病、肥胖症、饮食诱导性肥胖症等多种高胰岛素血症小鼠模型中，通过自动感应血液胰岛素浓度的变化，精准调控细胞表达脂联素(Fc-adiponectin)，有效地降低血脂和血糖从而缓减胰岛素抵抗的症状。实验数据表明，该胰岛素传感器在体内可以长期监测胰岛素水平并协同表达脂联素，从而起到缓解胰岛素抵抗症状的治疗效果（下图）。该胰岛素感受器有利于治疗早期糖尿病。这种自给自足式的基因线路设计在监测某种代谢疾病标记物时能同时协调表达治疗药物，这样的治疗设计理念将有望引领未来个性化精准医疗新时代。

胰岛素传感器在胰岛素抵抗的肥胖模型鼠（ob/ob）体内长期诊疗效果
注：叶海峰在博士和博士后期间（2007.8-2013.12）师从国际知名合成生物学专家Martin Fussenegger教授，于2014年3月回国受聘为华东师范大学“紫江优秀青年学者”，担任生命医学研究所生化与分子生物学专业研究员、博士生导师。主要从事合成生物学与生物医学工程领域的研究。Martin Fussenegger教授于2016年初被聘为华东师范大学荣誉教授。该研究得到国家自然科学基金优秀青年基金、面上项目、上海市科委项目、青年千人计划以及华东师范大学人才队伍建设等经费资助。

论文的三位主要作者，由左至右依次是叶海峰、Mingqi Xie和Martin Fussenegger，叶海峰和Martin Fussenegger为论文通讯作者
论文发表花絮：该文从投稿到发表已经接近三年了，第一次投稿Science送审后要求补实验，一补就是大半年将近一年的时间过去了，补完数据后审稿人还有其它要求然后就换了现在这个杂志投稿，结果面临的是相同的类似问题，最终该课题组成员合作完成了后续重要的实验后论文才最终顺利接受。
Nature Biomedical Engineering杂志是今年Nature出版集团新增的5种子刊之一，该杂志将面向在实验室从事研究，以了解或抗击各种疾病的科研人员、临床医生和工程师。该刊横跨生命科学、自然科学和工程学，涵盖材料、治疗方法和器材等领域，旨在理解、诊断或改善各种临床和卫生背景下的人类健康问题。值得一提的是该杂志比较有意思的一个特色是推出了一个“Behind the Paper”的专栏，专门邀请论文的主要作者对发表的工作的研究背景和动机写一个简短的介绍，以增进读者对论文更好的阅读和理解 。