Cell：哈佛团队破解百年难题，AI设计出首个可溶性Notch激动剂，实现T细胞高效制造与免疫增效

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

Notch 信号通路是一种进化上最保守的信号通路之一，在免疫细胞、神经元、血管内皮细胞、心肌细胞以及其他细胞谱系中是关键的发育命运决定因子，尤其是T 细胞的发育和功能。

在体外从祖细胞/干细胞分化生成许多细胞类型都需要激活 Notch 信号通路。然而，在实验室中模拟这种高度机械性、依赖接触的信号通路，一直是个巨大的挑战。

2025 年 8 月 1 日，哈佛大学医学院/波士顿儿童医院George Daley团队联合诺奖得主、蛋白质设计先驱DavidBaker教授，在国际顶尖学术期刊Cell上发表了题为：Design of soluble Notch agonists that drive T cell development and boost immunity 的研究论文。

该研究利用DavidBaker教授团队开发的 AI 蛋白设计工具Rosetta，成功设计生成了全球首个可溶性 Notch 激动剂，这种可溶性蛋白能够在悬浮培养中模拟 Notch 信号通路的激活，实现了 T 细胞高效分化，并显著增强了 T 细胞功能及其抗肿瘤免疫，为可扩展、精准控制的 T 细胞疗法打开了新的大门。

研究团队表示，AI 驱动的蛋白质从头设计，是一项广泛适用的平台技术，该研究利用这种技术从头设计了可溶性 Notch 激动剂，它们有助于实现在悬浮培养体系中大规模生产 T 细胞，还能在体内给药后增强 T 细胞功能和抗肿瘤免疫。

免疫疗法的“卡脖子”难题

在癌症治疗与免疫重建领域，T 细胞疗法被誉为“活的药物”。但长期以来，大规模生产功能性 T 细胞依赖于复杂的人工环境：干细胞必须在特殊培养皿或微珠表面接触 Notch 信号蛋白才能分化为 T 细胞。然而，这种“贴壁生产”模式成本高昂、难以规模化，成为制约“现货型” T 细胞疗法落地的瓶颈。

在这项最新研究中，哈佛医学院的George Daley团队与蛋白质设计先驱David Baker教授团队合作，设计出了全球首个可溶性 Notch 激动剂，首次在悬浮培养中实现 T 细胞高效分化，并显著增强了 T 细胞功能及其抗肿瘤免疫。

该研究的核心突破在于利用 AI 蛋白质设计，破解 Notch 信号通路的“机械力激活”难题，让免疫细胞在液体培养中自由发育。

百年谜题：为什么 Notch 信号通路难以“人造”？

Notch 信号通路是进化上最保守的信号通路之一，控制着免疫细胞发育、血管生成等核心过程。特别之处在于，Notch 受体激活需要物理拉力——就像拔河一样，只有相邻细胞表面的配体（例如 DLL4 蛋白）拽动 Notch 受体，才能触发信号转导。

传统可溶性蛋白因无法提供机械力，反而会阻断信号。一直以来，科学家们只能依赖“细胞贴壁”或“微珠负载”方式模拟这种细胞接触，严重制约了应用。

破局关键：AI 设计的“分子钳”

研究团队另辟蹊径，既然天然配体通过多聚化牵拉受体，能否设计人工多聚体模拟这一过程？

他们利用David Baker教授团队开发的 AI 蛋白质设计工具——Rosetta，设计了 9 种不同几何结构的多聚体支架，并通过 SpyTag/SpyCatcher 分子胶技术将 Notch 配体 DLL4 精准组装其上。结果显示，三聚体结构 C3-DLL4 可在悬浮培养液中促使细胞相互靠近，形成“免疫突触”并激活 Notch 信号。其效力超越二聚体等其他结构，媲美传统贴壁培养。

研究团队进一步解析了其作用机制：

• 低浓度时，C3-DLL4 像“双面胶”一样桥接细胞，受体聚集于接触面；

• 细胞运动产生机械力，触发 Notch 裂解激活；

• 高浓度时因“钩状效应”抑制成簇，需精准调控剂量。

应用一：悬浮式生物反应器量产 T 细胞

传统工艺中，祖细胞/干细胞贴附于 DLL4 包被的培养皿，分化耗时 4 周，扩增效率低。而在这项研究中，将脐带血祖细胞或人诱导多细胞（iPSC）置于含 C3-DLL4 的悬浮生物反应器中，这些细胞会自由分化发育为 T 细胞前体，并进一步成功分化为成熟的 CD4+/CD8+ T细胞。

核心优势：

• 产量提升：每微克 DLL4 生成的 T 细胞数量提高 3 倍；

• 成本降低：摆脱了昂贵贴壁培养系统；

• 自动化潜力：适配 3D 生物反应器，为“现货型” CAR-T 细胞的生产铺平了道路。

应用二：免疫增效剂

更令人振奋的是，C3-DLL4 在体内同样高效！小鼠体内实验显示——

• 静脉注射后，胸腺 T 细胞中 Notch 靶基因 Hes1 表达提升 3 倍；

• 联合卵白蛋白疫苗后，抗原特异性 CD4+ T细胞扩增超 2 倍；

• 抗体类型向免疫增效型 IgG2c 转换，预示更强抗肿瘤免疫潜力。

这意味着，未来或可开发“Notch增效剂”，提升癌症疫苗以及感染预防的效果。

未来蓝图：“智能配体”平台

研究团队进一步设计了升级版 C515H-DLL4，其刚性臂延长了配体间距，使 T 细胞分化效率首次超越传统贴壁法。这标志着“可溶性 Notch 激动剂”迈向应用阶段。

该“智能配体”平台价值：

• 可替换不同配体（DLL1/JAG 等），定制组织特异性信号；

• 拓展至神经/血管再生领域，推动类器官培养变革；

• 与 CAR-T、双特异性抗体联用，打造下一代免疫疗法。

该研究利用 AI设计的这些蛋白是完全合成且可溶的，与传统的配体展示系统相比，在制造、储存和临床给药方面具有优势。这种平台方法可以改善 CAR-T 细胞制造、疫苗开发以及 T 细胞生成或功能受限的再生疗法。这也是首次证明能够使用从头设计的蛋白质来调控临床相关的复杂信号通路。

这项研究不仅破解了开发可溶性 Notch 激动剂的百年难题，更开创了“力学生物学药物”新品类。随着悬浮生产工艺的普及，T 细胞制造成本有望大幅降低，而新型疫苗佐剂的诞生或将重塑感染与肿瘤免疫治疗格局。

论文链接：

https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(25)00798-6