图 基于生死选择的蛋白质酶进化系统
在国家自然科学基金项目（批准号：22077059、22277048、22477053、92253304、 21937001、22137001、91753000）等资助下，南方科技大学化学系王杰团队联合北京大学陈鹏团队，在蛋白质靶向编辑领域取得进展。相关成果以“基于gasdermin的生死筛选进化系统用于蛋白酶特异性的重塑（A gasdermin-based life–death evolution system for reprogramming protease specificity）”为题，于2025年10月31日在《自然・化学生物学》（Nature Chemical Biology）期刊上发表，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-025-02063-3。
分子的精准编辑与高效转化是化学领域的核心科学问题。目前，随着新型金属催化剂、配体及光催化反应体系的持续开发，复杂有机小分子的编辑已取得明显进展，但DNA、蛋白质等生物大分子的精准编辑仍面临巨大挑战。
基因编辑通过可编程的RNA与Cas蛋白实现了DNA的精准修改。借鉴这一理念，若能以类似方式重塑蛋白酶的底物特异性，使其识别并切割特定蛋白靶点，将为蛋白质层面精准编辑开辟新途径。与基因编辑需识别15~18个碱基不同，蛋白酶仅需识别5~7个氨基酸即可在蛋白质组中实现特异性切割。因此，通过定向进化改造蛋白酶，有望开发出可编程的蛋白质编辑工具，实现蛋白质功能层面的精准干预。
针对蛋白质靶向编辑的机遇与挑战，上述团队开发了基于Gasdermin D（GSDMD）的“生死选择”型蛋白酶定向进化平台。该平台利用GSDMD N端结构域（GD-N）在大肠杆菌中表达可抑制生长的特性，将其作为筛选标签。在GD-N的loop区插入目标蛋白酶识别序列，构建筛选系统：若蛋白酶突变体可切割该序列，GD-N即失活，细胞存活；反之细胞生长受抑制。经连续培养，高活性突变体可被快速富集，单轮筛选即可实现百万倍富集效率。
利用该平台，团队成功对TEV蛋白酶进行定向进化，获得可特异性识别并切割CD22（B细胞受体）、ALAS1（血红素合成关键酶），EZHIP（调控H3K27甲基化的核蛋白）等多种内源性蛋白的突变体。由此表明，该GSDMD平台具备高效率、高覆盖度等优势，可以为蛋白酶特异性重编程及内源性蛋白精准切割提供通用工具。