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近年,基因和细胞治疗获得了革命性的进展,为重大代谢和肿瘤等疾病的治疗带来了新希望。但他们仍面临着不可控的问题,例如基因编辑的脱靶问题以及活体细胞药物在体内的控制问题。在临床治疗中,如何提高治疗过程的精准可控性成了基因编辑、免疫细胞治疗等新型疗法面临的关键技术问题。合成生物学家通过构建各种诱导型调控基因环路和生物感受器装置为精准医疗提供了多样的调控工具,其中诱导型调控系统作为经典的调控方式得到了迅速的发展,相继开发了通过化学小分子、光、磁等诱导的转基因调控系统并应用于多种疾病模型。目前,大部分小分子诱导基因表达系统所用诱导剂为抗生素、食品添加剂等,不适于临床或长期给药,亟需开发更加安全的、有益于健康的绿色天然小分子调控系统。白藜芦醇（Resveratrol,RES）是一种植物来源的天然多酚,具有抗肿瘤、抗炎症等多种生物活性,现已作为保健品上市,是一种安全、健康的小分子化合物。我们发现白藜芦醇可以诱导恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）中的转录调控蛋白Ttg R从其结合序列上解离下来。基于这一机制,我们通过理性设计,将Ttg R分别与转录激活子或转录抑制子融合表达,分别构建了白藜芦醇诱导型的转录激活子（Ttg R-Activator,Res A）及转录抑制子（Ttg R-Repressor,Res R）,同时结合不同的报告元件构建了白藜芦醇抑制基因表达(Resveratrol-repressible transgene expression,RESrep)系统和白藜芦醇诱导转基因表达(Resveratrol-inducible transgene expression,RESind)系统。我们通过对RESrep系统元件中诱导型激活子的类型及其启动子进行优化,最终获得的系统在白藜芦醇的诱导下对转基因表达的抑制倍数达到了69.5倍。同时,通过对RESind系统报告元件及诱导型抑制子元件的启动子进行优化,最终获得可在白藜芦醇诱导下激活转基因表达高达75.5倍的优异诱导系统。通过对白藜芦醇控制系统的转基因表达动力学特征研究,我们发现两个系统在哺乳动物细胞中对转基因表达的调控具有精准可调性、可逆性及长期性。同时,小鼠体内实验数据表明:当小鼠体内移植微胶囊包裹的定制化细胞后,可通过腹腔注射或口服白藜芦醇的方式在体内实现对转基因表达的精准调控。鉴于白藜芦醇调控系统的优异调控能力,我们将其应用于以下三个方面:（1）用于精准调控CAR-T细胞活性功能。我们分别利用RESrep和RESind系统构建了可调控嵌合抗原受体（Chimeric antigen receptor,CAR）表达的转录调控装置,包括白藜芦醇抑制CAR表达(RESrep-CAR)系统和白藜芦醇诱导CAR表达(RESind-CAR)系统。通过对启动子元件和Ttg R蛋白进行突变优化,最终我们获得的RESrep-CAR系统可在T细胞中有效抑制CAR表达并抑制CAR介导的细胞活化功能,并在肿瘤异体移植小鼠模型中也能够有效地抑制肿瘤的杀伤及细胞因子的释放。同时,通过优化获得的RESind-CAR系统对CAR的诱导表达呈现优异的剂量依赖性、可逆性及长期性,在人原代T细胞及肿瘤异体移植小鼠模型中能够剂量依赖性地调控T细胞杀伤肿瘤及释放细胞因子的过程。因此,我们预想可通过白藜芦醇调控系统对CAR-T细胞治疗的活化过程进行精准调控,缓解副作用的发生;（2）用于构建复杂逻辑门运算系统。结合原儿茶酸调控系统,本文进一步构建了由两种绿色小分子共同调控的基因环路,包括与门（AND）、或门（OR）、或非门（NOR）和蕴含非门（A NIMPLY B、B NIMPLY A）五种逻辑运算系统,展示了对转基因表达更加精准、多样的调控方式;（3）用于构建白藜芦醇调控的基因编辑控制系统。结合CRISPR/Cas基因编辑技术,构建了白藜芦醇调控外源及内源基因激活及切割的控制装置,并在体外评估了白藜芦醇对基因编辑的精准调控效果。综上,本研究开发了一种白藜芦醇调控的转基因表达控制系统,为合成生物学及基础生物学研究提供了新工具,同时验证、探讨了该系统在肿瘤免疫治疗、生物计算机及基因编辑精准控制方面的应用,为未来精准化的基因和细胞治疗提供更加安全、可靠的调控工具,有望推进新型治疗方法的临床转化进程。