分子电磁传感器可能实现远程控制的基因治疗

图解摘要。图片来源：Cell（2026）。DOI：10.1016/j.cell.2026.03.029

生物体的脱氧核糖核酸（DNA）含有调控因子，这些元素控制特定基因的开启、地点以及关闭程度。它们可以被用来创造“基因开关”，这些技术在理解基因表达和治疗应用方面具有显著潜力，尤其是在遗传疾病的非侵入性治疗或管理方面。

近年来，研究人员开发了多种基因开关，能够通过药物、光、热、超声和电信号等刺激远程控制生物体的基因表达。

然而，当前版本在精确控制基因表达的时间和持续时间方面存在有限。此外，药物基因开关可能带来不良副作用，而某些刺激，如光线，则使穿透深层组织变得困难。

电磁替代方案

针对这些局限性，韩国东国大学干细胞与再生医学研究所的金钟弼教授和博士生黄艺林领导的研究团队开发了一种新型的电磁场（EMF）响应基因开关。

他们的研究发表在《细胞》杂志上。

“以往研究显示，极低频电磁场能够调节参与应激反应、表观遗传重塑和细胞信号通路的特定基因表达。此外，电磁场是无创、完全可逆的，能够精准穿透目标组织或身体部位，因此非常适合远程控制基因开关，“Kim解释道。

“在这项研究中，我们利用Lgr4基因的启动子创建了强健的电磁场诱导基因开关，并展示了其在阿尔茨海默病（AD）建模和逆转小鼠衰老标志物中的应用。”

交换机的制造过程

为了鉴定EMF响应基因，研究人员在暴露于2.0毫立斯拉电磁场（60赫兹）后，对小鼠脑组织进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq）。

团队发现了Lgr4表达的独特上调。通过一系列验证实验，研究人员发现Lgr4的启动子非常适合构建电磁场诱导（Ei）基因开关，在研究期间表现出精确的激活且未检测到不良反应。

为了在活体动物中评估该系统，研究人员将Ei元素与产生绿色荧光蛋白（GFP）的报告剂联系起来，从而能够可视化基因活性。随后他们制造了携带该报告器的转基因小鼠。

暴露于电磁场后，小鼠全身表现出强烈的GFP表达，而靶向电磁场暴露则在特定器官中产生局部基因表达。停止电磁场刺激后，基因表达在24小时内恢复到基线，表明Ei基因开关高度可调、可逆且能够精确远程控制基因表达。

传感器及其多种用途

研究人员利用全基因组CRISPR-Cas9敲除筛选，鉴定出细胞色素b5型B（Cyb5b），一种膜相关蛋白，作为电磁场的生物传感器。

“这可能是首个被报道的电磁场分子传感器，”金指出。进一步测试显示，Cyb5b在电磁场暴露下产生细胞内有节奏的钙流入振荡，作为激活目标基因的特定编码。

研究人员还展示了Ei基因交换的多个应用。值得注意的是，他们建立了一种AD小鼠模型，能够将大脑衰老与淀粉样蛋白β斑块沉积解耦。此外，循环电磁场暴露用于在老年和早老年小鼠中实现部分细胞重编程，改善了多个与衰老相关的标志物，且未检测到不良反应。

团队还通过调控Tph2基因表达，恢复了小鼠的血清素水平并减少了类似抑郁的行为。

黄博士说：“这项技术可能使基因疗法从单次不可逆剂量转向由医生或甚至可穿戴设备进行的更简单、实时的治疗。”

尽管还需进一步验证和测试，这一创新的Ei基因开关代表了开发非侵入性、远程控制基因疗法的有前景平台。

出版信息

Junyeop Kim 等，电磁场诱导体内基因开关用于基因表达的远程时空调控，Cell（2026）。DOI：10.1016/j.cell.2026.03.029期刊信息：Cell 

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