细胞间通讯在维持细胞功能和协调细胞行为等方面发挥重要作用。开发调控细胞间通讯的新技术对于揭示胞间信号传导作用机制、调控细胞功能以及发展相关疾病治疗新方法具有重要意义。近年来，利用非生命物质构筑具有特定“生命特征与功能”的人工细胞为调控细胞间通讯提供了新思路。其中，利用DNA分子工具构建的人工信号系统能够为人工细胞与天然细胞之间的信息交流提供精准且高度可控的途径。然而，目前人工细胞主要作为信号输出源与天然细胞进行单向通讯，缺乏根据环境信号变化动态调节自身信号输出的能力。因此，设计DNA信号反馈系统赋予人工细胞自主调节胞间通讯中的信号传递，是发展基于人工细胞的胞间通讯调控方法仍需解决的关键问题。
近日，湖南大学谭蔚泓院士团队刘巧玲课题组构建了具有自主调节胞间信号传递能力的人工细胞，通过在人工细胞表面设计DNA分子回路控制人工细胞与天然细胞间的双向通讯。该DNA分子回路由识别模块、激活模块以及反馈模块等功能单元组合而成，分别实现与天然细胞间的识别、结合、响应和反馈过程，从而控制人工细胞与天然细胞间通讯过程中的信号传递。
基于Sgc8c核酸适体与靶标分子（PTK7）间的特异性识别和结合，该工作首先利用识别模块中的Sgc8c核酸适体实现人工细胞对天然细胞（CEM cells）的识别和粘附。随后，在低浓度ATP的作用下，激活模块中的ATP核酸适体与ATP结合，释放内嵌的信号分子Dox。Dox作为旁分泌信号被天然细胞摄取，导致天然细胞凋亡并释放胞内ATP。环境中ATP浓度的升高则会激活反馈模块，促使反馈模块释放DS（Displacement Strand）信号。DS与Sgc8c核酸适体的竞争性结合促使Sgc8c核酸适体与靶标PTK7解离，最后终止人工细胞与天然细胞间的通讯。 如图所示，得益于DNA分子的可编程特性，通过调整ATP核酸适体序列中Entropy linker的长度可以控制反馈模块对信号分子ATP浓度的响应阈值，从而动态调节人工细胞与天然细胞之间的双向通讯过程。 该工作构建具有信号处理能力的人工细胞并建立人工细胞与天然细胞的胞间通讯，未来为人为干预和调控天然细胞的功能提供非侵入性和高度可编程的接口，有助于发展高效治疗疾病新工具。 论文信息 DNA-Based Signal Circuit for Self-Regulated Bidirectional Communication in Protocell-Living Cell Communities Lexun Li, Shuang Liu, Chundi Zhu, Shuxuan Shao, Fan Yang, Qiaoling Liu, Weihong Tan Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202503903
