脑洞大开：运输药物入脑 用猫寄生弓形虫！在人脑中产生释放治疗性蛋白质！

　　在一项突破性的研究中，由特拉维夫和格拉斯哥大学的研究人员领导的国际科学家团队，设计改造“猫寄生虫”刚地弓形虫，将药物输送到人类大脑。

　　

在一项突破性的研究中，由特拉维夫和格拉斯哥大学的研究人员领导的国际科学家团队，设计改造“猫寄生虫”刚地弓形虫，将药物输送到人类大脑。这项研究由特拉维夫大学神经生物学系和Sagol神经科学学院的Oded Rechavi教授、他的博士生Shahar Bracha博士以及来自苏格兰格拉斯哥大学的以色列科学家和弓形虫专家Lilach Sheiner教授领导。该研究结果发表在领先的科学杂志《Nature Microbiology》上。

蛋白质是在细胞内执行许多重要功能的关键。蛋白质大分子递送受限于给药部位和靶细胞之间的生物屏障如血脑屏障、特定的组织靶向性、保持蛋白质的完整性直到它到达目标位置、还有避免免疫原性，等等，这些限制了它们在体内的应用。它们的大尺寸和通常的亲水性和带电大分子性质使它们不能被动地通过生物屏障。尤其具有挑战性的是将药物输送到中枢神经系统(CNS)，这需要通过血脑屏障(BBB)。血脑屏障对大多数亲水性和大分子(> 400da)是不渗透的，这就排除了几乎所有的蛋白质。

“治疗神经系统疾病的最大挑战之一是如何通过血脑屏障(BBB)，”Rechavi教授解释说。“通过血液将药物输送到大脑是非常困难的，对于像蛋白质这样的大分子来说尤其如此 ”

TAU团队提出的创造性解决方案利用了单细胞寄生虫刚地弓形虫——这种寄生虫可以感染多种生物，但只在猫的肠道中繁殖——但它能从人体肠道自然传播到中枢神经系统(CNS)，渗透穿过血脑屏障，主要与神经元相互作用并持续存在，可以用于将特定蛋白质传递给宿主细胞。据估计，全球三分之一的人口曾在其生命的某个阶段感染过这种寄生虫。大多数人甚至感觉不到感染，或者只是出现轻微的流感样症状。然而，这种寄生虫对于因艾滋病等疾病而免疫功能衰竭的人、以及免疫系统尚未发育的胎儿来说是危险的。这就是为什么孕妇被建议不要吃可能含有寄生虫的生肉，并且远离可能通过粪便传播寄生虫的猫。健康的免疫系统只能有限地进入大脑，寄生虫会在携带者的一生中留在大脑中。

这种寄生虫能够穿透人类大脑，在休眠状态下存活，不进行繁殖，这使得它成为研究人员新方法的完美候选者：通过基因工程让弓形虫分泌治疗性蛋白质，递送至人脑。刚地弓形虫有三种分泌蛋白质的细胞器：微粒体、棒状体和致密颗粒。其中两种分泌系统可以将效应蛋白直接输送到宿主细胞中。Rechavi教授团队设计改造了弓形虫的内源性分泌系统，即棒状体和致密颗粒，通过与弓形虫肌动蛋白结合蛋白(Toxofilin)和GRA16的翻译融合，将多个大的(>100 kDa)治疗蛋白递送到神经元中。他们测试了不同大小、功能和细胞内靶标位置的蛋白，并观察到几种治疗性神经元蛋白的高水平细胞内递送。利用各种体外模型——包括神经元培养细胞和大脑类器官——表征了影响递送的因素；并使用成像、pull-down assays、scRNA-seq和荧光报告来探测蛋白质活性递送蛋白的活性。在小鼠模型中，他们用腹腔内给药后证明了寄生虫对大脑的递送，并表征了其动力学。他们还使用报告系统来表征大脑中分泌的棒状体和致密颗粒蛋白的三维分布。实验数据为基因工程弓形虫在体外和体内作为细胞内蛋白递送载体的不同应用提供了概念证明。研究验证了GRA16介导的MeCP2蛋白的脑递送，MeCP2蛋白是Rett综合征的假定治疗靶点。

作者视角

Rechavi教授介绍说:“这种寄生虫有三种不同的分泌系统，我们‘搭上了’其中的两种。”“我们没有干预第一个系统，它在神经元外分泌蛋白质。第二个系统将“鱼叉”“射入”神经元，使其能够穿透。一旦进入体内，寄生虫就会形成一种囊肿，并在其中永久地分泌蛋白质。我们改造了寄生虫的DNA，使其产生和分泌我们想要的蛋白质，这些蛋白质具有治疗潜力。”

Sheiner教授说“寄生虫通过血脑屏障并与神经元交流的能力，加上我们设计寄生虫的能力，为解决将药物输送到大脑的巨大治疗挑战创造了一个绝佳的机会。”

在这项研究中，研究小组使用的是转基因模型动物，这些模型动物被注射了经过基因工程改造的寄生虫，以产生和分泌进入细胞核的蛋白质。几种证据证明，这些蛋白质已经被运送到目标区域，并在神经元细胞核中保持活性。其中一个特别引人注目:一种由寄生虫传递的蛋白质进入细胞核并切割特定的DNA片段，使转基因动物的大脑在黑暗中发光。

这一突破可能对一系列严重疾病产生深远影响。在目前的研究中，研究人员实现了MeCP2蛋白质的传递，这种蛋白质的缺乏与Rett综合征有关。Rechavi教授说:“这是一种致命的综合症，是由脑细胞中一个叫做MePC2的基因缺乏引起的，我们的基因工程刚地弓形虫能够将它传递到目标细胞。”“但这只是一个例子。还有许多其他疾病是由某种蛋白质的缺乏或异常表达引起的。”为了确保该方法在药物传递和基因编辑方面的安全有效的治疗实施，与特拉维夫大学的技术转让公司Ramot以及格拉斯哥大学的研究和创新服务合作成立了一家名为Epeius的公司。

文章链接:

https://www.nature.com/articles/s41564-024-01750-6

---

---