?隨著生活水平的不斷提高，人們的生活質(zhì)量尤其是飲食方面有了顯著的改善。但大量高脂、高糖食物的攝入，大大提高了人們患高血糖、高血脂等為特征的胰島素抵抗綜合癥風險，嚴重影響了人們的健康安全。胰島素抵抗是由于多種因素使胰島素促進葡萄糖攝取和利用的效率下降，機體代償性的分泌過多胰島素產(chǎn)生高胰島素血癥，以維持血糖的穩(wěn)定。胰島素抵抗易導致代謝綜合征和II型糖尿病等代謝疾病。
來自華東師范大學和瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學的研究者們，為了實現(xiàn)胰島素抵抗診療目的，他們利用合成生物學的策略，設(shè)計構(gòu)建了一種智能胰島素傳感器，并應(yīng)用于胰島素抵抗綜合癥的診療。該研究成果發(fā)表在Nature子刊Nature?Biomedical?Engineering。
領(lǐng)導這一研究的為來自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學的Martin?Fussenegger教授和來自華東師范大學的葉海峰研究員，兩人是本研究的共同通訊作者。他們巧妙地設(shè)計、合成了一種能自我回饋調(diào)節(jié)的胰島素傳感器，可以高效識別血液中胰島素水平，當血液里的胰島素超過一定閾值后，其可以調(diào)控表達脂聯(lián)素(Fc-adiponectin)，從而緩解胰島素抵抗癥狀起到治療效果（下圖）。

人工智能胰島素傳感器設(shè)計及其胰島素抵抗治療策略示意圖
為了驗證該胰島素傳感器在體內(nèi)長期的診療效果，他們成功篩選到了一株含有胰島素傳感器的穩(wěn)轉(zhuǎn)細胞系HEKIR-Adipo，通過微囊包裹技術(shù)，并移植到胰島素抵抗性糖尿病、肥胖癥、飲食誘導性肥胖癥等多種高胰島素血癥小鼠模型中，通過自動感應(yīng)血液胰島素濃度的變化，精準調(diào)控細胞表達脂聯(lián)素(Fc-adiponectin)，有效地降低血脂和血糖從而緩減胰島素抵抗的癥狀。實驗數(shù)據(jù)表明，該胰島素傳感器在體內(nèi)可以長期監(jiān)測胰島素水平并協(xié)同表達脂聯(lián)素，從而起到緩解胰島素抵抗癥狀的治療效果（下圖）。該胰島素感受器有利于治療早期糖尿病。這種自給自足式的基因線路設(shè)計在監(jiān)測某種代謝疾病標記物時能同時協(xié)調(diào)表達治療藥物，這樣的治療設(shè)計理念將有望引領(lǐng)未來個性化精準醫(yī)療新時代。

胰島素傳感器在胰島素抵抗的肥胖模型鼠（ob/ob）體內(nèi)長期診療效果
注：葉海峰在博士和博士后期間（2007.8-2013.12）師從國際知名合成生物學專家Martin?Fussenegger教授，于2014年3月回國受聘為華東師范大學“紫江優(yōu)秀青年學者”，擔任生命醫(yī)學研究所生化與分子生物學專業(yè)研究員、博士生導師。主要從事合成生物學與生物醫(yī)學工程領(lǐng)域的研究。Martin?Fussenegger教授于2016年初被聘為華東師范大學榮譽教授。該研究得到國家自然科學基金優(yōu)秀青年基金、面上項目、上海市科委項目、青年千人計劃以及華東師范大學人才隊伍建設(shè)等經(jīng)費資助。

論文的三位主要作者，由左至右依次是葉海峰、Mingqi?Xie和Martin?Fussenegger，葉海峰和Martin?Fussenegger為論文通訊作者
論文發(fā)表花絮：該文從投稿到發(fā)表已經(jīng)接近三年了，第一次投稿Science送審后要求補實驗，一補就是大半年將近一年的時間過去了，補完數(shù)據(jù)后審稿人還有其它要求然后就換了現(xiàn)在這個雜志投稿，結(jié)果面臨的是相同的類似問題，最終該課題組成員合作完成了后續(xù)重要的實驗后論文才最終順利接受。
Nature?Biomedical?Engineering雜志是今年Nature出版集團新增的5種子刊之一，該雜志將面向在實驗室從事研究，以了解或抗擊各種疾病的科研人員、臨床醫(yī)生和工程師。該刊橫跨生命科學、自然科學和工程學，涵蓋材料、治療方法和器材等領(lǐng)域，旨在理解、診斷或改善各種臨床和衛(wèi)生背景下的人類健康問題。值得一提的是該雜志比較有意思的一個特色是推出了一個“Behind?the?Paper”的專欄，專門邀請論文的主要作者對發(fā)表的工作的研究背景和動機寫一個簡短的介紹，以增進讀者對論文更好的閱讀和理解 。