Cell | Notch新纪元：可溶性激动剂开启T细胞疗法革命

撰文|易

Notch信号通路作为进化上高度保守的细胞间通讯机制，在多种组织和器官的发育过程中发挥着关键的调控作用。该通路通过配体-受体相互作用传递信号，参与免疫细胞分化、神经发生、血管生成以及心脏发育等重要生物学过程。然而，Notch信号通路的激活存在一个独特的机械力依赖特性 —— 受体蛋白的剪切和活化需要由相邻细胞表面的跨膜配体（如Delta-like或Jagged家族蛋白）施加的物理拉力才能完成。这一特性使得传统的Notch信号研究必须依赖于细胞共培养系统或配体固定化技术，严重限制了其在生物医学应用中的潜力。

近年来，随着细胞治疗和再生医学的快速发展，对Notch信号通路进行精确调控的需求日益迫切。特别是在T细胞免疫治疗领域，如何高效地从造血干细胞或诱导多能干细胞（iPSC）体外分化 获得功能性T细胞，是开发 “ 现货型 ” 细胞治疗产品的关键挑战。现有的Notch激活方法（如使用表达DLL4的基质细胞或包被配体的微珠）不仅操作复杂、成本高昂，而且难以实现规模化生产。此外，Notch信号在成熟T细胞功能调控中的作用也备受关注，有证据表明该通路可以增强抗肿瘤免疫应答和疫苗效果。因此，开发一种能够模拟天然配体功能、可在溶液状态下激活Notch信号的可溶性激动剂，具有重要的科学意义和应用价值。

近日，美国波士顿儿童医院George Q. Daley在Cell期刊上发表题为Design of soluble Notch agonists that drive T cell development and boost immunity的研究论文，通过计算机设计多价态蛋白质复合体，成功开发出可溶性Notch激动剂，这些分子不仅能模拟跨膜配体的机械力激活Notch信号，促进T细胞体外分化和规模化生产，还能增强体内抗原特异性免疫应答，为细胞治疗和免疫疗法提供了新工具。

研究团队采用计算生物学与实验验证相结合的策略，系统性地设计并优化了一系列具有不同结构和功能特性的Notch激动剂。首先，利用Rosetta蛋白质设计平台，构建了一个包含多种几何构型和聚合状态的蛋白质支架库。这些支架从二聚体到120聚体不等，包括平面对称的C3三聚体、螺旋束结构的C5五聚体，以及高度有序的I53二十面体蛋白笼等。每个支架都通过精确的SpyTag/SpyCatcher连接系统与Notch配体DLL4的胞外域进行共价偶联，确保配体在支架上的空间排布和取向可控。

经过系统的筛选和优化，发现三聚体构型的C3-DLL4在众多设计变体中表现出最优异的Notch激活特性。这种平面对称的结构能够有效地桥接相邻细胞，在接触界面形成特化的 “ Notch突触 ” ，其中配体和受体分子发生显著聚集。定量分析显示，C3-DLL4诱导的Notch信号强度，远高于其他构型的配体复合物。 此外 ，激活效率呈现出明显的浓度依赖性 —— 在10 nM左右达到峰值，而过高浓度反而会因受体饱和导致信号抑制，这一现象与经典的 “ Hook效应 ” 相符。

在应用性能方面，可溶性激动剂展现出显著优势。人脐带血（CB）来源的CD5 + CD7 + T祖细胞向CD4 + CD8 + 双阳性（DP）T细胞的两周诱导分化过程中，测试了系列寡聚DLL4复合物的效果。结果显示，C3-DLL4（而非其他多价复合物）能有效支持DP T细胞生成，进一步暴露于αCD3/αCD28后可形成CD8 + 单阳性（SP）T细胞。虽然3D培养中C3-DLL4组的DP T细胞比例低于 包被 DLL4（2D-DLL4）或OP9-DLL1基质细胞组，但与DLL4微珠（μbeads）相当，证明其Notch激活强度足以支持T细胞发育。更重要的是，在诱导多能干细胞（iPSC）来源的HSPCs早期分化阶段添加C3-DLL4，可成功获得淋巴祖细胞（CD7 + ）和T祖细胞（CD5 + CD7 + ），表明其适用于多阶段T细胞分化体系。 此外 ，通过延长配体间距设计的C515H-DLL5五聚体变体进一步提高了分化效率，在某些条件下甚至超越 2D 培养的效果。

在免疫调控方面，静脉注射C3-DLL4的小鼠表现出明显的胸腺细胞Notch信号激活，靶基因Hes1的表达持续上调 2 -5天。当与抗原免疫联合应用时，高剂量处理组（100 μg）的抗原特异性CD4 + T细胞比例 显著 增加，特别是记忆T细胞亚群的扩增更为显著。血清学分析显示，处理组小鼠的抗卵清蛋白IgG2c抗体水平显著升高，表明Notch激活倾向于诱导Th1型免疫应答。

综上所述，本研究通过计算机辅助设计，成功开发出新型可溶性Notch受体激动剂，突破了传统Notch信号激活需要细胞膜结合配体的限制。这些经过精确设计的蛋白质复合物能够模拟天然配体的机械力作用，有效激活Notch信号通路。研究证明，这些激动剂不仅能在体外促进T细胞分化和规模化生产，还能在体内增强抗原特异性免疫应答，包括促进CD4 + T细胞增殖和抗体类别转换。这一创新为细胞治疗和免疫疗法的发展提供了重要工具，具有广阔的临床应用前景。

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.07.009

制版人： 十一

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