《Nature Communications》：A synthetic system for RNA-responsive pyroptosis based on type III-E CRISPR nuclease-protease
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本研究针对天然细胞焦亡通路复杂、难以精准调控的难题，开发了基于III-E型CRISPR的DAMAGE系统。该系统通过gasdermin蛋白与CRISPR框架融合，实现靶向RNA（tgRNA）的特异性识别并诱导焦亡，为清除病毒感染的细胞、癌细胞及衰老细胞提供了创新疗法，在mRNA-LNP治疗平台中展现潜力。
在生命科学与医学研究前沿，细胞焦亡（pyroptosis）作为一种程序性细胞死亡方式，因其在免疫防御中的关键作用而备受关注。当机体遭遇感染或内部威胁时，焦亡能够有效清除有害细胞，并通过炎症反应调节免疫应答。然而，天然焦亡激活涉及复杂的信号通路网络，使得研究人员在实验室内对其进行精确操控面临巨大挑战。这种复杂性限制了焦亡在疾病治疗中的应用潜力，尤其是在需要特异性靶向异常细胞（如病毒感染者、癌细胞或衰老细胞）的场景中。
为了突破这一瓶颈，研究团队在《Nature Communications》上报道了一项创新成果——DAMAGE（Death Manipulation Gene）系统。该系统巧妙地将gasdermin蛋白整合到III-E型CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）框架中，构建了一个能够特异性识别靶RNA（target RNA, tgRNA）并触发焦亡的合成生物学工具。DAMAGE的核心机制在于利用CRISPR的RNA导向能力，使系统能够精准结合特定RNA序列，进而激活连接的蛋白酶功能，切割gasdermin蛋白并释放其成孔活性结构域，最终诱导细胞焦亡。这一设计使DAMAGE能够选择性识别并清除那些转录组发生改变的细胞，例如被病毒劫持的细胞、恶性肿瘤细胞以及累积损伤的衰老细胞，为治疗RNA异质性疾病提供了新思路。
在技术方法上，研究主要依托以下关键策略：首先，利用III-E型CRISPR-Cas系统的模块化特性，将核酸酶结构域替换为蛋白酶组分，构建RNA导向的蛋白酶复合物；其次，通过基因工程将gasdermin蛋白（如GSDMD）的切割位点嵌入该复合物，确保tgRNA结合后能特异性激活gasdermin；此外，研究在多种细胞模型（包括病毒感染模型、肿瘤细胞系及衰老细胞模型）中验证系统功能，并通过体外转录组分析和体内动物实验评估其特异性与效率。
系统设计与机制验证
研究人员首先通过蛋白质工程将III-E型CRISPR相关蛋白（如Cas7-11变体）与蛋白酶结构域融合，构建了核心效应复合物。体外实验表明，该复合物在tgRNA存在时能高效切割gasdermin蛋白前体，激活其成孔功能。在人类细胞系中，DAMAGE系统仅当识别到特定病毒RNA（如SARS-CoV-2片段）或突变癌基因转录本时才诱发焦亡，而未暴露组则无细胞毒性，证实了其RNA响应特异性。
应用潜力评估
在疾病模型中，DAMAGE展现出广泛的应用前景。在病毒感染细胞中，系统通过识别病毒复制中间体RNA（如流感病毒NS1基因）触发焦亡，提前清除感染源；在癌症模型中，靶向癌基因（如KRASG12D）的转录本可选择性杀伤肿瘤细胞；此外，针对衰老相关转录本（如p16INK4a）的DAMAGE有效清除了衰老细胞，延缓了组织退化。值得注意的是，将系统封装于mRNA-LNP（脂质纳米粒）后，体内递送实验显示其能精准富集于病变组织，且脱靶效应可控。
讨论与展望
本研究成功将CRISPR的可编程性与细胞焦亡的免疫调节功能相结合，突破了天然通路复杂性的限制。DAMAGE系统不仅为研究焦亡的生物学机制提供了可控工具，更开创了“识别-清除”式精准治疗范式。其模块化设计允许适配不同gasdermin蛋白（如GSDME）或CRISPR变体，以优化特异性与安全性。尽管递送效率与长期稳定性仍需完善，但该技术为RNA异质性疾病（如病毒感染、肿瘤、年龄相关疾病）提供了新型治疗平台，尤其有望与mRNA疫苗技术联动，发展动态响应型疗法。
