今天介绍一篇发表在Nature上的文章“Programmable protein ligation on cell surfaces”。本文通讯作者是来自普林斯顿大学的Tom W. Muir，课题组的主要研究方向是利用化学遗传学工具研究蛋白质功能。本研究开发了一种名为SMART（splicing-modulated actuation upon recognition of targets）的可编程蛋白质连接平台，利用细胞表面抗原组合实现高度特异性的蛋白质功能激活。该平台基于条件性蛋白质剪接（conditional protein splicing, CPS），通过分裂内含肽（split intein）在目标细胞表面实现蛋白质片段的重组，从而生成功能性蛋白质。

今年4月，Tom W. Muir团队在Science上发表了利用协同转座反应进行蛋白质化学编辑的工作（DOI: 10.1126/science.adq8540），创新性地实现了目标蛋白质内部区域的编辑替换。而本文在此前工作的基础上，进一步拓展方法，研究旨在解决传统靶向治疗中单一抗原特异性不足的问题，通过布尔逻辑门实现多抗原输入的精准识别与输出控制。

在实验中，作者首先建立“AND门”（“与”门）蛋白逻辑器件SMART-SpyCatcher，将两个互补的笼状分裂内含肽（IntNcage / IntCcage）分别连接靶向HER2和EGFR的DARPin，形成anti-HER2-SpyN与SpyC-anti-EGFR。只有当 HER2 与 EGFR 同时存在于同一细胞表面时，才能诱导蛋白质反式剪接，重构出完整的SpyCatcher003（作为报告基因，用于细胞表面标记或毒素招募）。在此基础上，作者进一步通过突变或截短笼状结构，调控剪接效率；并引入“诱饵”蛋白（decoy）实现 NOT 门（“非”门）和“OR”门（“或”门）的逻辑门操作。

在完成工具开发后，作者拓展靶向模块至邻近标记，将SpyTag003-APEX2或 SpyTag003-Ir（光催化剂）递送到目标细胞，实现APEX2或μMap邻近标记。结果仅在符合逻辑门的细胞上检测到生物素化，证明平台可用于空间蛋白质组学。作者还将SMART体系用于合成细胞因子SMART-IL-1β，将IL-1β拆分为N1-44与C45-153两个片段， HEK-Blue IL-1β 报告细胞实验显示，条件培养基中 IL-1β 活性呈剂量依赖，共培养实验证实，IL-1β 仅由 HER2+/EGFR+ K562 细胞产生并激活邻近报告细胞，实现局部细胞因子递送。展示了SMART系统在癌症精准治疗、免疫调节及细胞微环境研究中的广阔应用前景。

总的来说，本文开发了细胞表面的蛋白质编辑平台SMART，并展示了该平台从基础逻辑门设计到临床前应用的完整开发过程。

本文作者：FTY

责任编辑：MB

DOI：10.1038/s41586-025-09287-2

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09287-2