Notch 信號通路是一種進化上最保守的信號通路之一，在免疫細(xì)胞、神經(jīng)元、血管內(nèi)皮細(xì)胞、心肌細(xì)胞以及其他細(xì)胞譜系中是關(guān)鍵的發(fā)育命運決定因子，尤其是 T 細(xì)胞的發(fā)育和功能。
在體外從祖細(xì)胞/干細(xì)胞分化生成許多細(xì)胞類型都需要激活 Notch 信號通路。然而，在實驗室中模擬這種高度機械性、依賴接觸的信號通路，一直是個巨大的挑戰(zhàn)。
2025 年 8 月 1 日，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院/波士頓兒童醫(yī)院 George Daley 團隊聯(lián)合諾獎得主、蛋白質(zhì)設(shè)計先驅(qū) David Baker 教授，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Cell 上發(fā)表了題為：Design of soluble Notch agonists that drive T cell development and boost immunity 的研究論文。
該研究利用 David Baker 教授團隊開發(fā)的 AI 蛋白設(shè)計工具 Rosetta，成功設(shè)計生成了全球首個可溶性 Notch 激動劑，這種可溶性蛋白能夠在懸浮培養(yǎng)中模擬 Notch 信號通路的激活，實現(xiàn)了 T 細(xì)胞高效分化，并顯著增強了 T 細(xì)胞功能及其抗腫瘤免疫，為可擴展、精準(zhǔn)控制的 T 細(xì)胞療法打開了新的大門。
研究團隊表示，AI 驅(qū)動的蛋白質(zhì)從頭設(shè)計，是一項廣泛適用的平臺技術(shù)，該研究利用這種技術(shù)從頭設(shè)計了可溶性 Notch 激動劑，它們有助于實現(xiàn)在懸浮培養(yǎng)體系中大規(guī)模生產(chǎn) T 細(xì)胞，還能在體內(nèi)給藥后增強 T 細(xì)胞功能和抗腫瘤免疫。
免疫療法的"卡脖子"難題
在癌癥治療與免疫重建領(lǐng)域，T 細(xì)胞療法被譽為"活的藥物"。但長期以來，大規(guī)模生產(chǎn)功能性 T 細(xì)胞依賴于復(fù)雜的人工環(huán)境：干細(xì)胞必須在特殊培養(yǎng)皿或微珠表面接觸 Notch 信號蛋白才能分化為 T 細(xì)胞。然而，這種"貼壁生產(chǎn)"模式成本高昂、難以規(guī)?；蔀橹萍s"現(xiàn)貨型" T 細(xì)胞療法落地的瓶頸。
在這項最新研究中，哈佛醫(yī)學(xué)院的 George Daley 團隊與蛋白質(zhì)設(shè)計先驅(qū) David Baker 教授團隊合作，設(shè)計出了全球首個可溶性 Notch 激動劑，首次在懸浮培養(yǎng)中實現(xiàn) T 細(xì)胞高效分化，并顯著增強了 T 細(xì)胞功能及其抗腫瘤免疫。
該研究的核心突破在于利用 AI 蛋白質(zhì)設(shè)計，破解 Notch 信號通路的"機械力激活"難題，讓免疫細(xì)胞在液體培養(yǎng)中自由發(fā)育。
百年謎題：為什么 Notch 信號通路難以"人造"？
Notch 信號通路是進化上最保守的信號通路之一，控制著免疫細(xì)胞發(fā)育、血管生成等核心過程。特別之處在于，Notch 受體激活需要物理拉力--就像拔河一樣，只有相鄰細(xì)胞表面的配體（例如 DLL4 蛋白）拽動 Notch 受體，才能觸發(fā)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。
傳統(tǒng)可溶性蛋白因無法提供機械力，反而會阻斷信號。一直以來，科學(xué)家們只能依賴"細(xì)胞貼壁"或"微珠負(fù)載"方式模擬這種細(xì)胞接觸，嚴(yán)重制約了應(yīng)用。
破局關(guān)鍵：AI 設(shè)計的"分子鉗"
研究團隊另辟蹊徑，既然天然配體通過多聚化牽拉受體，能否設(shè)計人工多聚體模擬這一過程？
他們利用 David Baker 教授團隊開發(fā)的 AI 蛋白質(zhì)設(shè)計工具--Rosetta，設(shè)計了 9 種不同幾何結(jié)構(gòu)的多聚體支架，并通過 SpyTag/SpyCatcher 分子膠技術(shù)將 Notch 配體 DLL4 精準(zhǔn)組裝其上。結(jié)果顯示，三聚體結(jié)構(gòu) C3-DLL4 可在懸浮培養(yǎng)液中促使細(xì)胞相互靠近，形成"免疫突觸"并激活 Notch 信號。其效力超越二聚體等其他結(jié)構(gòu)，媲美傳統(tǒng)貼壁培養(yǎng)。
研究團隊進一步解析了其作用機制：
低濃度時，C3-DLL4 像"雙面膠"一樣橋接細(xì)胞，受體聚集于接觸面；
細(xì)胞運動產(chǎn)生機械力，觸發(fā) Notch 裂解激活；
高濃度時因"鉤狀效應(yīng)"抑制成簇，需精準(zhǔn)調(diào)控劑量。
應(yīng)用一：懸浮式生物反應(yīng)器量產(chǎn) T 細(xì)胞
傳統(tǒng)工藝中，祖細(xì)胞/干細(xì)胞貼附于 DLL4 包被的培養(yǎng)皿，分化耗時 4 周，擴增效率低。而在這項研究中，將臍帶血祖細(xì)胞或人誘導(dǎo)多細(xì)胞（iPSC）置于含 C3-DLL4 的懸浮生物反應(yīng)器中，這些細(xì)胞會自由分化發(fā)育為 T 細(xì)胞前體，并進一步成功分化為成熟的 CD4+/CD8+ T細(xì)胞。
核心優(yōu)勢：
產(chǎn)量提升：每微克 DLL4 生成的 T 細(xì)胞數(shù)量提高 3 倍；
成本降低：擺脫了昂貴貼壁培養(yǎng)系統(tǒng)；
自動化潛力：適配 3D 生物反應(yīng)器，為"現(xiàn)貨型" CAR-T 細(xì)胞的生產(chǎn)鋪平了道路。
應(yīng)用二：免疫增效劑
更令人振奮的是，C3-DLL4 在體內(nèi)同樣高效！小鼠體內(nèi)實驗顯示--
靜脈注射后，胸腺 T 細(xì)胞中 Notch 靶基因 Hes1 表達提升 3 倍；
聯(lián)合卵白蛋白疫苗后，抗原特異性 CD4+ T細(xì)胞擴增超 2 倍；
抗體類型向免疫增效型 IgG2c 轉(zhuǎn)換，預(yù)示更強抗腫瘤免疫潛力。
這意味著，未來或可開發(fā)"Notch增效劑"，提升癌癥疫苗以及感染預(yù)防的效果。
未來藍圖："智能配體"平臺
研究團隊進一步設(shè)計了升級版 C515H-DLL4，其剛性臂延長了配體間距，使 T 細(xì)胞分化效率首次超越傳統(tǒng)貼壁法。這標(biāo)志著"可溶性 Notch 激動劑"邁向應(yīng)用階段。
該"智能配體"平臺價值：
可替換不同配體（DLL1/JAG 等），定制組織特異性信號；
拓展至神經(jīng)/血管再生領(lǐng)域，推動類器官培養(yǎng)變革；
與 CAR-T、雙特異性抗體聯(lián)用，打造下一代免疫療法。
該研究利用 AI設(shè)計的這些蛋白是完全合成且可溶的，與傳統(tǒng)的配體展示系統(tǒng)相比，在制造、儲存和臨床給藥方面具有優(yōu)勢。這種平臺方法可以改善 CAR-T 細(xì)胞制造、疫苗開發(fā)以及 T 細(xì)胞生成或功能受限的再生療法。這也是首次證明能夠使用從頭設(shè)計的蛋白質(zhì)來調(diào)控臨床相關(guān)的復(fù)雜信號通路。
這項研究不僅破解了開發(fā)可溶性 Notch 激動劑的百年難題，更開創(chuàng)了"力學(xué)生物學(xué)藥物"新品類。隨著懸浮生產(chǎn)工藝的普及，T 細(xì)胞制造成本有望大幅降低，而新型疫苗佐劑的誕生或?qū)⒅厮芨腥九c腫瘤免疫治療格局。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(25)00798-6
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