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Milos S. Simic†, Payal B. Watchmaker† 等人来自加州大学旧金山分校细胞设计研究所、细胞与分子药理学系，神经外科系，神经科学威尔研究所，神经病学系等多个部门和机构。该研究于2024年12月6日发表在《Science》期刊上。

本研究的主要领域是细胞工程和中枢神经系统（CNS）疾病的治疗。由于血脑屏障的存在，将分子治疗剂有效地递送到大脑并限制其作用以避免外周或全身毒性是一个具有挑战性的问题。免疫细胞已进化到能够渗透多种组织、整合周围环境信息并重塑组织生态系统。T细胞可以在健康和病理条件下穿过血脑屏障，这些特性使它们成为理想的CNS递送载体。研究人员假设，如果可以编程细胞以选择性和自主地向大脑递送治疗有效载荷，则可以减少全身脱靶毒性和提高疗效。

研究包括以下主要步骤：首先，通过生物信息学筛选确定CNS特异性抗原，例如软骨素硫酸蛋白聚糖5（CSPG5）和Brevican（BCAN），它们是大脑独特细胞外基质的组成部分。然后，研究人员针对这些CNS特异性抗原筛选抗体，并使用这些抗体构建CNS激活的合成Notch（SynNotch）受体。SynNotch受体是一种工程受体，能够感知细胞外抗原并通过诱导转录反应作出响应。接下来，研究人员利用这一平台局部诱导一系列基因编码的有效载荷，针对不同的CNS疾病进行治疗。

研究对象包括小鼠模型中的胶质母细胞瘤和乳腺癌转移瘤。在体外实验中，研究人员将CD8+ T细胞与GBM6肿瘤细胞和K562启动细胞共培养，观察到在存在表达BCAN的K562细胞的情况下，GBM6细胞被有效杀死。体内实验中，研究人员将GBM6细胞接种到免疫缺陷NCg小鼠的大脑中，然后静脉注射带有A-BCAN SynNotch→A-EPHA2-IL13RA2 CAR电路的T细胞或未转导的对照T细胞。所有接受未转导T细胞的小鼠在肿瘤细胞接种后第51天死于肿瘤进展，而所有接受SynNotch-CAR T细胞治疗的小鼠均显示出对GBM6肿瘤的完全控制和长期缓解。

研究结果表明，CNS感应SynNotch受体可以用于指导CAR T细胞对脑肿瘤如胶质母细胞瘤（GBM）的杀伤。尽管大多数实体瘤没有完美的单一抗原来靶向GBM，但研究人员发现几种胶质瘤相关抗原（如Ephrin A型受体2（EPHA2）和IL-13受体A2（IL13RA2））在大部分GBM细胞表面大量同质表达。然而，这些抗原也在正常组织中表达，仅在脑内特定于GBM。因此，如果能设计T细胞使其仅在脑内诱导抗EPHA2和抗IL13RA2 CAR的表达，就可以实现有效的GBM杀伤，同时防止脑外交叉反应组织的CAR杀伤。

该研究的意义在于提供了一种双重水平的靶向特异性策略。首先，细胞表现出解剖学上的限制特异性，因为细胞仅在CNS中被诱导；其次，有效载荷（例如CAR、细胞因子、抗体）本身也具有其内在的分子靶向特异性。这种嵌套的多尺度靶向策略模仿了自然生物学特异性的原则，避免了分子有效载荷潜在的不良系统交叉反应，同时更有效地将其作用集中在目标组织上。这些结果表明，脑感应细胞可以用作治疗更广泛CNS疾病的通用平台，包括脑肿瘤、脑转移、神经炎症和神经退行性疾病。

研究的亮点在于识别并验证了一系列CNS特异性抗原，开发了CNS激活的SynNotch受体，并成功应用于脑肿瘤和神经炎症的治疗。此外，该研究还展示了如何通过工程化T细胞实现局部诱导治疗有效载荷的表达，从而显著提高治疗的安全性和有效性。

除了上述主要内容，该研究还探讨了不同剂量方案的治疗T细胞提供的类似保护效果，以及脑感应T细胞产生的IL-10不会导致可测量的系统免疫抑制或脱靶毒性，验证了脑感应细胞可以作为向大脑递送抗炎有效载荷的载体，具有更高的总体治疗指数。