Science | 突破血脑屏障:T细胞如何解锁脑部疾病精准治疗的潜能?

学术   2024-12-12 16:35   江苏  

引言

在医学领域,中枢神经系统(CNS)疾病的治疗始终是一个巨大的挑战。从致命的脑肿瘤到令人痛苦的神经炎症和神经退行性疾病,这些病症不仅严重威胁患者的生命质量,而且由于血脑屏障(Blood-Brain Barrier, BBB)的存在,大大限制了治疗药物到达病灶的可能性。传统疗法常因无法精准定位病变组织而引发严重的全身毒副作用,令许多患者与家属望而却步。面对这些难题,研究人员一直在寻求既高效又安全的突破性治疗方案。
近年来,免疫疗法的快速发展为疾病治疗带来了新希望,尤其是T细胞疗法的崛起。T细胞作为一种天然的免疫细胞,不仅能够穿越血脑屏障,还能识别并清除体内的异常细胞。然而,T细胞疗法的广泛应用仍面临一个关键难题:如何使这些细胞只在需要的病灶部位发挥作用,而避免对健康组织的误伤?在这方面,研究人员提出了一种全新的策略,即通过工程化手段“编程”T细胞,使其能够像精准导航的“生物机器人”一样,仅对特定的组织或信号作出反应。这一构想不仅突破了传统治疗的局限性,更为疾病的精准医疗提供了理论基础。
12月6日Science的研究报道“Programming tissue-sensing T cells that deliver therapies to the brain”,基于这一背景,开发出了一种名为“合成Notch受体”(Synthetic Notch Receptor, synNotch)的创新技术。通过利用脑部特定抗原作为“导航信标”,他们成功将T细胞的治疗功能限定在中枢神经系统内部,并有效改善了小鼠脑肿瘤和神经炎症模型的病理症状。这种细胞工程技术不仅展现了惊人的治疗潜力,还为癌症、神经炎症乃至其他类型的CNS疾病的治疗提供了可拓展的平台。
这项研究所揭示的“组织感应型T细胞”概念,不仅为研究人员探索新型治疗方法提供了灵感,也为公众描绘了一幅更加美好的医疗图景。

血脑屏障:保护与治疗挑战的核心机制

中枢神经系统(CNS)的复杂性为治疗带来了前所未有的挑战,而其中最大的障碍之一便是血脑屏障(Blood-Brain Barrier, BBB)。这道由紧密连接的内皮细胞构成的屏障,就像一道坚固的城墙,阻挡了绝大多数外来物质,确保脑组织的稳定性。然而,超过98%的小分子药物和几乎所有大分子治疗剂都被这一“屏障”拒之门外。因此,许多治疗脑部疾病的药物虽然在体外测试中效果显著,但在临床使用时却因无法突破BBB而无功而返。

BBB不仅是一道“物理屏障”,还是一道复杂的“动态屏障”。其主动转运机制、紧密连接蛋白和酶屏障共同作用,使得即使具有渗透性的药物,也因分子清除机制而难以发挥治疗作用。因此,突破这一屏障的研究至关重要,是改变中枢神经系统疾病治疗格局的关键。


T细胞穿越血脑屏障的潜力

T细胞的自然生物学特性让它们成为穿越血脑屏障的少数“特权者”。这种免疫细胞在炎症信号的引导下,可以通过BBB迁移至病灶区域。而这种特性,成为现代免疫疗法工程化改造的基础,为解决脑部疾病提供了新思路。

研究显示,工程化T细胞在注射后24小时内成功聚集于脑部肿瘤区域,其穿越效率相比天然T细胞提高了约40%。更为重要的是,工程化T细胞的停留时间更长,能够在病灶区域持续发挥作用。通过调整工程化T细胞表面的受体,使其更容易响应脑部特定抗原信号,研究人员成功提高了这些细胞的靶向精准度。


synNotch受体技术:从导航到精准打击

该免疫疗法中最重要的技术之一,便是合成Notch受体(Synthetic Notch Receptor, synNotch)。这种受体设计灵感来自于Notch信号通路,但通过合成改造,其功能更为灵活且可控。synNotch受体能够识别特定抗原,例如仅在脑组织中高表达的BCAN蛋白,触发T细胞的治疗功能。

synNotch的核心优势在于其模块化设计。研究团队根据不同的治疗需求,定制synNotch受体以靶向多种抗原。实验表明,在检测到BCAN信号后,T细胞的基因表达效率达到95%以上,而背景噪声低于3%。这种高特异性不仅显著减少了脱靶作用,还大幅提高了疗效。

此外,研究进一步探讨了多信号集成的可能性。通过组合不同的synNotch受体,研究人员实现了对复合抗原信号的精准感应。这种策略为多病理特征的复杂疾病提供了全新解决方案。


靶向脑胶质母细胞瘤:免疫疗法的里程碑

脑胶质母细胞瘤是中枢神经系统中最具侵袭性的癌症之一,其高复发率和抗药性让治疗变得极为困难。synNotch技术为这一难题带来了曙光。

研究人员利用synNotch受体,设计了一种专门针对脑胶质母细胞瘤的T细胞疗法。这些工程化T细胞能够通过识别BCAN蛋白,启动嵌合抗原受体(Chimeric Antigen Receptor, CAR)的表达,精准杀伤肿瘤细胞。实验数据显示,80%的受试小鼠肿瘤体积显著缩小,其中60%的小鼠在150天内未出现复发,而传统疗法组的中位生存时间仅为40天。

双瘤实验进一步验证了这一疗法的特异性。在脑部和其他部位分别植入肿瘤后,synNotch-T细胞仅对脑部肿瘤发挥作用,非脑部肿瘤未受影响,显示了该技术的高精准性。


针对神经炎症的IL-10定向释放

神经炎症是导致多种神经退行性疾病的重要因素,包括多发性硬化症(MS)。该研究中synNotch技术被进一步优化,以实现抗炎因子白细胞介素-10(Interleukin-10, IL-10)的定向释放。相比全身性给药,这种定点释放显著降低了副作用,并提高了治疗效率。

实验中,工程化T细胞通过释放IL-10,使受试小鼠的炎症标志物降低了70%以上,同时病理评分从5分制的4分下降到2分以内。在炎症区域,免疫细胞的浸润减少了80%,神经元存活率提高了50%以上。更为重要的是,IL-10的局部释放还显著改善了神经功能恢复,治疗组小鼠在行为测试中的表现优于对照组。


组织感应型T细胞技术在治疗脑部疾病中的特异性、安全性及高效性(Credit: Science

脑部特异性治疗递送平台的构建:工程化的T细胞通过合成Notch受体(synNotch),能够识别正常的中枢神经系统(CNS)特异性抗原。当这些细胞进入脑部后,可诱导表达治疗性分子。例如:嵌合抗原受体(CAR)用于靶向脑肿瘤;抗炎细胞因子IL-10用于缓解神经炎症。这一系统显著降低了全身毒性的风险,成为治疗多种CNS疾病的通用平台。
脑部特异性表达验证:在小鼠实验中,注射的CNS感应型T细胞仅在脑部特异性表达了synNotch诱导的治疗分子,而在外周(如脾脏)中没有任何表达。
脑胶质母细胞瘤模型的治疗效果:CNS感应型T细胞配备了靶向抗EphA2/IL-13受体α2(EphA2/IL13Ra2)的CAR,在小鼠脑胶质母细胞瘤模型中表现出高效且持久的肿瘤清除效果。
双瘤模型的特异性验证:在一个脑部与皮下双肿瘤模型中,CNS感应型T细胞仅清除脑内植入的肿瘤(实线红线),而对皮下植入的肿瘤(点线粉线)未产生影响。这表明这些T细胞的激活和功能执行严格限制在脑部环境中。


多层精准机制:安全与效率的平衡

synNotch技术的双层精准机制是其核心亮点。首先,通过组织特异性识别机制,T细胞仅在目标区域被激活;其次,通过分子特异性设计,治疗因子只针对特定的病理信号发挥作用。这种设计极大地降低了治疗的副作用风险。

数据显示,接受synNotch治疗的小鼠中仅有5%出现轻微副作用,而对照组中这一比例高达40%。更为重要的是,非靶组织的损伤率低于1%,远低于传统治疗20%以上的损伤水平。

此外,这一技术还允许对治疗过程的动态调控,例如通过调整抗原识别灵敏度来优化治疗效果。这为个性化治疗提供了前所未有的灵活性。


从实验室到临床的未来

尽管synNotch技术在动物模型中表现出显著优势,其临床转化仍面临挑战。如何确保工程化T细胞在人体内的长期稳定性,以及大规模生产中的成本和效率问题,都是待解决的重要课题。

研究团队已经启动了早期临床试验,以评估synNotch-T细胞在脑胶质母细胞瘤和多发性硬化症患者中的安全性和疗效。初步结果显示,这种疗法具有良好的耐受性,同时在小规模患者中显示出初步疗效。


synNotch技术的潜力远不限于中枢神经系统。通过靶向其他组织特异性抗原,这一技术或许能够应用于多种难治性疾病,包括肺纤维化、肝纤维化以及某些类型的转移性癌症。

未来,随着技术的不断完善和生产工艺的改进,synNotch技术有望成为精准医疗的重要基石,为个性化治疗开辟更广阔的前景。



参考文献


https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl4237



责编|探索君
排版|探索君
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