磁敏感蛋白或将带来新型成像技术和远程控制药物

许多动物利用地球微弱的磁场导航，但磁场对生物学的其他影响鲜有证实。这其实是好事，让医生能安全使用产生强磁场的MRI仪。不过近期研究中，科研人员设计出可响应适度磁场的蛋白质，能改变其发光和与其他分子结合的能力。这种效应或催生类似MRI的成像工具，用于追踪体内疾病相关蛋白，还可能开发出可通过磁铁远程开关的新药。“我们正处于新领域兴起的开端，”初创公司Nonfiction Laboratories的蛋白质工程师玛丽亚·英加拉莫表示，该公司正研发磁响应蛋白疗法。

最新研究中，《自然》杂志报告称，工程师设计的蛋白质在弱磁场和射频能量脉冲共同作用下会改变发光能力。这为用低强度磁场的类MRI仪器追踪体内特定蛋白奠定基础。“这是出色的生物物理学研究，”哈佛大学的亚当·科恩评价道。

MRI仪利用体内水中质子（像微小旋转磁铁）工作：磁场让质子自旋对齐，射频脉冲扰动自旋，探测器捕捉后成像。但地球或冰箱磁铁等弱磁场对组织影响很小。

20世纪70年代，研究发现弱磁场会让某些有机分子发光变暗，但因仅在特殊溶剂中出现而实用性低。近年英加拉莫在Calico公司发现，磁场会使一类绿色荧光蛋白微弱变暗。为增强效果，她改造了光遗传学常用的光敏感蛋白片段LOV，2024年预印本显示改造后的LOV能响应磁场，大幅降低所连发光蛋白的荧光。

这种变暗的原理去年由科恩团队在《美国化学会志》阐明：激光激发荧光蛋白时，电子会转移到细胞中的黄素分子，形成自旋平行或反平行的电子对。反平行电子对易跳回蛋白并发光，而磁场会抑制反平行电子对形成，减缓返回，导致荧光减弱。

牛津大学团队在新研究中，通过添加类似MRI的射频脉冲来控制LOV连接荧光蛋白的变暗效应。经反复突变筛选，找到在特定射频脉冲和磁场组合下磁响应强的蛋白。射频脉冲比磁场更易聚焦，能更好追踪蛋白位置。“这很令人兴奋，能知道光子来源，”陈·扎克伯格生物中心的安德鲁·约克说。

不过牛津团队的蛋白仍需激光激发荧光，适用于显微镜追踪，却难用于组织深处。英加拉莫团队未发表的研究称，已将磁响应性融入LOV结合的化学发光蛋白，通过触发化学反应，或能追踪体内深处蛋白。

Nonfiction公司另一未发表研究或带来磁控疗法：他们用磁场降低抗体与靶点结合倾向，或能调整抗体疗法以减少副作用，如只激活其杀死肿瘤细胞而不影响正常细胞。“实现目标还有很多步骤，但方法值得肯定，”科恩说。

几十年来，磁场医学应用进展缓慢，但斯蒂尔预测：“我们将迎来更多发展。”