Nature子刊开创性基因追踪技术：在血液中发现大脑的秘密

莱斯大学的科学家们发明了一种无创技术，利用释放的活性标记物(RMAs)来监测大脑基因表达，从而通过简单的血液测试来研究大脑功能和疾病。

　　

合成血清标志物实现无创神经监测

大脑是人体中最受保护的器官，它被一个由专门的血管形成的高度复杂且几乎无法穿透的屏障所包裹。这种保护性的解剖结构虽然对抵御外部威胁至关重要，但对试图研究大脑基因表达的研究人员提出了重大挑战。了解基因表达对于揭示各种疾病背后的机制至关重要。

基因表达的无创监测

根据1月10日发表在《Nature Biotechnology》杂志上的一项研究，莱斯大学的科学家们已经开发出一种非侵入性的方法来监测大脑中的基因表达动态，这使得研究大脑发育、认知功能和神经系统疾病变得更加容易。

莱斯大学的生物工程师Jerzy Szablowski和他的同事们设计了一类独特的分子，被称为释放活性标记物(RMAs)，可以通过简单的血液测试来测量大脑中的基因表达。

赖斯大学生物工程助理教授Szablowski说:“通常情况下，如果你想观察大脑中的基因表达，你必须等待进行尸检分析。有一些更现代的神经成像技术可以做到这一点，但它们缺乏追踪特定细胞类型变化的敏感性和特异性。

RMA革命平台:改变游戏规则

“通过RMA平台，我们可以将合成的基因表达报告器引入大脑，从而产生一种可以穿过血脑屏障的蛋白质。然后，我们可以通过简单的血液测试来测量感兴趣基因的表达变化。”

Szablowski在注意到大脑可以快速清除抗体治疗注射后，首先考虑了合成基因表达报告的可能性。

Sangsin Lee是莱斯大学生物工程专业的研究生，也是发表在《Nature Biotechnology》上的一项研究的主要作者。他说：“每当这些注射完成后，抗体就会消失，它们不会在大脑中停留足够长的时间来进行有效的治疗，但我们认为抗体疗法的失败可以重新利用我们的优势。如果我们把负责逃逸的抗体部分连接到一个容易被检测到的蛋白质上呢?然后我们就可以看到大脑中某个特定基因的表达时间、地点和数量。”

先进的生物工程技术

其他研究人员已经确定，抗体通过新生儿片段结晶受体(FcRn)穿过血脑屏障，这是一种帮助维持全身抗体水平的基因。利用复杂的生物工程技术，Szablowski和他的团队将帮助抗体通过血脑屏障的部分连接到一个普通的报告蛋白上，以利用这个生物逃生口。当研究小组将RMAs与一个特定的基因连接起来，并在鼠的大脑中表达该基因时，他们能够在动物的血液中看到这种表达。

RMA的灵敏度和潜在应用

“这种方法非常灵敏，可以追踪特定细胞的变化，”Szablowski说。“与基线相比，在大约1%的大脑中产生这种蛋白质使其血液水平提高了10万倍。我们可以通过验血来专门追踪这种蛋白质的表达。”

目前，Szablowski认为RMAs是一个重要的研究工具，可以帮助科学家更好地监测大脑中的基因表达。例如，RMA平台可以用来观察新的基因疗法在大脑中停留多久。

Szablowski说:“由于RMA平台是非侵入性的，我们可以通过血液测试来跟踪这些新疗法，并随着时间的推移继续监测它们。但我们也可以使用RMAs来研究与疾病相关的基因表达。能够追踪不同的基因表达变化将使我们了解导致疾病的原因以及疾病本身如何改变大脑中的基因表达。这可能为药物开发提供新的线索，甚至为如何首先预防神经系统疾病提供线索。”

参考文献:“Engineered serum markers for noninvasive monitoring of gene expression in the brain” 10 January 2023, Nature Biotechnology