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经典型苯丙酮尿症(PKU)是由于苯丙氨酸羟化酶(PAH)基因缺陷引起肝细胞内PAH酶活力严重缺乏所致的常染色体隐性遗传病。大量的苯丙氨酸(phenylalanine，PHE)在体内积累，引起中枢神经系统受损和不可逆的智力发育障碍等症状。目前国际主要采用低苯丙氨酸饮食疗法控制血PHE浓度，但由于价格昂贵，食品单一等原因，患儿难以长期坚持。其他治疗方法的研究包括酶法和基因治疗等虽取得了一些进展，但至尽尚无成功应用于临床的报道。本研究室开创了一条与现行基因治疗思路不同的基因治疗新途径，采用一种极有前途的酶——苯丙氨酸脱氨酶(phenylalanineammonia-lyase，PAL)，导入乳酸乳球菌中表达有活性的PAL，口服后在小肠吸收PHE之前使其脱氨转化为肉桂酸(CIN)，从而降低血苯丙氨酸浓度，达到有效治疗PKU的目的。本研究是在我室过去研究的基础上，利用食品级NICE诱导表达载体系统(Nisin-ControlledExpressionsystem)，构建更加安全、高效表达PAL的乳酸乳球菌(LactococcusLactis,L.lactis)工程菌，并观察其对动物模型的治疗效果。
已知原核生物对异源蛋白的表达强弱受密码子的使用偏好性影响。我们根据乳酸乳球菌基因组密码子的使用频率，选取偏爱密码子设计并人工合成了pal基因(palart)，通过基因重组方法，在两个乳酸乳球菌NICE表达系统与欧芹来源的palcDNA的PAL表达水平进行了对比，结果均显示：使用偏爱密码子可以显著提高PAL的表达量。对于NZ9000/pNZ8048表达系统，使用偏爱密码子使表达量提高了约22.23倍；而对于无抗生素抗性的NZ3900/pNZ8149表达系统，则提高了35.90倍。
此研究结果不但证明了使用偏爱密码子提高L.lactis外源基因表达量方法的有效性，也获得了两种高效表达PAL的基因工程L.lactis，其中NZ3900/pNZ8149-palart不含抗生素抗性基因，表达量更高，符合临床应用的要求。我们对此基因工程菌进行了一系列体内、外实验，探讨了影响基因表达和产物活性的相关因素，确定了最佳诱导条件——15ng/mlnisin诱导5小时；最佳反应条件——37℃，pH8.0环境下。进而我们发现了可在短期内有效保存基因工程菌活性的干菌保存法，该方法简便易行，可大大减少实验步骤。
最后，我们进行了NZ3900/pNZ8149-palart的实验动物疗效试验。为真实体现NZ3900/pNZ8149-palart的作用，我们采用pah基因纯合及杂合突变小鼠，制定了不同的实验方案。结果表明，口服2g(约10U)NZ3900/pNZ8149-palart有减少phe吸收的作用，5小时内可显著延缓PKU模型小鼠血phe水平升高。从而为利用基因工程菌治疗经典型PKU的临床应用开拓了前景。