科學家用藍光激活青蛙胚胎中信號通路，以應對癌癥的脫靶毒性

近日，伊利諾伊大學厄巴納香檳分校團隊在非洲爪蟾胚胎中發現了一種Wnt信號通路，研究人員設計了低密度脂受體蛋白（LRP6，Lipoprotein Receptor-related Protein-6）回應藍光，這種設計思路對光的強度和作用時間可進行微調，進而推廣到其他涉及膜結合受體的Wnt信息通路。

LRP6系統的構建和驗證

在大多數光動力學治療應用中，經常利用光來產生活性氧等高能化學物質，這種沒有精確地區分正常組織和病變組織的方法，使得靶向治療不能產生明顯的效果。

該團隊有關成員表示：“我們已經證明‘藍光一可以激活爪蟾胚胎不同身體部位的Wnt信號通路，我們設想對空間定義的細胞功能刺激，在應對脫靶毒性挑戰方面具有很大的幫助。”

相關論文以《非洲爪蟾胚胎發育過程中經典Wnt信號通路的光遺傳學控制》為題發表在《分子生物學雜志》上。

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由伊利諾伊大學厄巴納香檳分校比較生物科學系楊靜教授、張凱教授擔任共同通訊作者。

該研究成果揭示了光遺傳學控制技術對動物胚胎發育具有很大的研究意義。該團隊發現在光遺傳學系統中，非洲爪蟾活胚胎中受體酪氨酸激酶信號傳導性會更好。

目前，已經證明了細胞在脊椎動物組織中分布著Wnt蛋白，科學家在細胞相互交流方式方面取得了關鍵的突破，埃克塞特大學生命系統研究所的專家，已經證明了Wnt蛋白信號通路在分子和細胞水平上運動機理。

關于Wnt信號通路有兩點值得關注：一是Wnt蛋白是通過較小的細胞群和細胞增殖分化而來的，其身體軸的圖案有助于確定首尾部位發育中形成的位置;二是在分子水平Wnt細胞體的約束機制尚不明確。

該團隊在之前的研究表明，光遺傳學系統可以精確激活受體酪氨酸激酶信號傳導，可推廣用于新型光遺傳學工具的開發。為了對這一推測進行驗證，該團隊將重點放在Wnt通路的研究上。為了驗證基于細胞質到膜易位的光遺傳學方法在Wnt通路中能夠行得通，該團隊選擇Wnt配體的輔助受體LRP6作為研究載體。

LRP6具有如下特征，一般情況下呈現非活動狀態，而且在沒有配體時，LRP6不能在非洲爪蟾胚胎中顯示Wnt表型。LRP6分別由一個細胞外配體結合域、跨膜域和胞質域構成。配體結合域的主要作用是調節蛋白質的活性，分子末端一旦被激活，就會觸發下游細胞內的信號發生反應。

更加有趣的是，若不是很高的水平的表達，單獨的LRP6c不能激活Wnt獨立的b-連環蛋白信號。與預測結果一致，該團隊發現，被標記的LRP6c在廣泛使用的Wnt中沒有引起可檢測活性。相比之下，膜錨定形式顯示出顯著更高的活性，這表明LRP6c可能是開發光遺傳學工具以通過細胞質膜易位策略控制Wnt途徑的理想載體。

LRP6系統的優化原理圖

楊凱表示：“在非洲爪蟾胚胎發育的過程中，Wnt可以調節大腦、脊髓和眼睛等器官的發育，并且在成年物種很多組織中貯存干細胞，Wnt信號雖不會導致組織修復失敗，但其信號的加強可能引發癌癥。”

由于癌癥一般會涉及到較多的Wnt信號通路，該團隊提出一種新的研究思路，通過帶有顏色的光信號刺激分子來研究活細胞的癌癥進展，結合活細胞成像，能夠定量確定信號閾值，從而將正常細胞轉化為癌細胞，為將來醫學領域應用提供數據方面的幫助。

該團隊希望，他們的研發系統可以適用于不同的脊椎動物細胞和組織，尤其是Wnt通路及其內部組成結構，如LRP6。此外，同樣未經修飾的結構在人類腎臟細胞和非洲爪蟾胚胎中都有效力。在某種程度上，由于受藍光穿透深度的限制，該策略能否真正應用于大鼠等大型動物模型的內部組織，還需要經過大量的試驗進行測試。

盡管如此，轉換納米粒子和光纖導光板等技術創新，彌補了藍光組織外顯率的制約。另外，紅光或紅光外驅動的光基因工具可能更具優勢。由于該團隊的結構呈模塊化，他們希望這種機械原理和主題元素可以轉移到新的科學試驗設計中，并且正在朝該方向努力。（綜合整理報道）（編輯/克珂）