主要观点总结
近些年，人工智能在生命科学领域取得突破性进展，尤其在蛋白质预测和基因调控方面。AlphaFold成功预测大部分人类蛋白质结构，AI还被用于设计基因调节元件如增强子，以调控特定细胞中的基因表达。新研究展示了AI在基因治疗领域的潜力，可帮助设计出仅在细胞靶标中增强或抑制的调节元件，有望提升基因治疗效率并减少副作用。
关键观点总结
关键观点1: AlphaFold的成功应用及蛋白质结构预测
AlphaFold能预测人类蛋白质结构的准确性高，甚至成功扩展到其他物种。
关键观点2: AI在基因调控方面的应用
AI被训练用于设计基因调节元件如增强子，可调控特定细胞中的基因表达，实现更精细的细胞调控。
关键观点3: 增强子在基因表达中的作用
增强子是基因组中的非编码DNA序列，与转录因子结合来调控基因表达，有助于指导细胞分化和发育。
关键观点4: AI在基因治疗中的应用前景
AI可帮助设计出更精确的调节元件，用于基因治疗，有望提升治疗效果并减少副作用。
正文
为了更好地借助AI来帮助理解和探索增强子的调控模式，研究团队对血液细胞形成过程进行了数千次实验，并收集了超过6万个增强子与不同转录因子的结合数据，包括两者之间的结合方向、亲和力，不同增强子序列在各类血液细胞中的活性。AI通过这些数据来不断理解、学习增强子的调控规则，并辅助后续设计。
▲研究示意图（图片来源：参考资料[1]）
研究发现，增强子的调节遵循着多种复杂规则：
转录因子的剂量依赖性。
当转录因子水平低时，增强子可以介导基因激活作用，而转录因子过高，则可能反过来抑制基因表达；
细胞环境的状态依赖性。
增强子与同一转录因子结合，但在不同细胞中表现出完全相反的调控作用；
组合负协同效应。
增强子单独存在可以分别激活某一基因，两两组合时反而会抑制基因的表达。
经过不同的规则训练，AI能够预测特定细胞类型、基因表达模式所需的增强子序列。例如，研究者尝试让AI设计合成了一些增强子片段，它能够激活目标细胞中的荧光蛋白基因，而对其他细胞、基因表达没有影响。另外，AI还能够设计出仅在巨核细胞、红系祖细胞中激活的增强子，或者可以在白血病细胞中引发基因沉默的增强子。
基于这些发现，研究者认为AI将有望在基因治疗领域大展身手，帮助相关科学家设计出仅在细胞靶标中增强或者抑制的调节元件。这将为提升基因疗法治疗效率、减少副作用铺平道路。
参考资料：
[1] Design principles of cell-state-specific enhancers in hematopoiesis. Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.04.017
