Nature子刊：基因工程弓形虫携药入大脑

科学家改良了刚地弓形虫，将一种潜在的雷特综合征治疗药物输送到小鼠大脑。

　　

血脑屏障是一种至关重要的保护膜，它可以保护大脑免受血液中可能存在的病原体和有毒物质的侵害。它还排除了绝大多数潜在的治疗方法，严重限制了脑肿瘤、神经退行性疾病和中枢神经系统遗传性疾病的治疗选择。

但一些病原体已经进化出了溜过这些防御的机制。也许最成功的入侵者是刚地弓形虫，这是一种单细胞寄生虫，在神经元内建立慢性感染，居住在多达30%的人口中。

在最近发表在《Nature Microbiology》杂志上的一项研究中，一个国际研究小组利用这些寄生虫的能力，不仅可以通过血脑屏障，还可以将治疗大分子输送到神经元中在鼠身上，他们发现经过基因工程改造的弓形虫分泌出一种功能性的甲基CpG结合蛋白2 (MeCP2)，这种蛋白的突变会导致罕见的神经系统疾病Rett综合征。

“我喜欢这篇论文，”加州大学戴维斯分校（University of California, Davis）的寄生虫学家Jeroen Saeij说，他没有参与这项研究。“我认为这是一篇很好的概念证明论文。显然，这还处于非常早期的阶段。”虽然Saeij指出了使用潜在病原体作为运载工具所固有的安全问题，但他也承认这种方法的好处。“穿过血脑屏障并不那么容易，许多药物或疗法实际上很难进入大脑。弓形虫会自然进入大脑，这是一个很大的优势。”

作为特拉维夫大学神经科学专业的研究生，该研究的合著者Shahar Bracha（现就职于麻省理工学院）了解了将药物输送到大脑的所有困难。因此，当她看到关于弓形虫的研究时，她看到了一个机会，而大多数人只看到了机会性病原体：也许这种以大脑为目标的寄生虫一旦到达目的地就可以被改造成产生治疗药物。

“一开始这是一个疯狂的想法，”Bracha承认。但她读得越多，就越觉得有可能。她说：“试图通过进入大自然并试图找到进化已经发展出解决方案的地方来解决生物工程中的问题，而不是试图从头开始设计东西，这种想法给了我很大的启发。”

弓形虫似乎已经具备了脑靶向治疗所需的大部分特性：它可以逃避宿主免疫系统，穿过血脑屏障，以最小的损伤在大脑中传播，进入神经元，并向宿主细胞分泌蛋白质。

首先，研究人员检索了与人类神经系统疾病相关的蛋白质文献，有临床前证据表明，即使是部分恢复蛋白质也是有益的。他们提出了几种候选蛋白质，可以作为潜在的治疗方法。然而，他们需要弄清楚如何在一种叫做致密颗粒的弓形虫分泌细胞器中表达这些蛋白质，这种细胞器是弓形虫存在的三种分泌系统之一。在慢性感染阶段，当弓形虫被安全地安置在宿主神经元内的液泡中时，这个细胞器负责分泌蛋白质。研究人员对弓形虫进行了改造，使其产生不同的候选蛋白质，每种候选蛋白质都与GRA16融合，GRA16是一种蛋白质，一旦由致密颗粒分泌，就会进入宿主细胞核。

在他们植入弓形虫的许多治疗蛋白中，只有少数几个——包括MeCP2和转录因子EB，它们可能有助于对抗神经变性——成功地搭上了GRA16的便车，进入了宿主细胞核。然而，证明这种弗兰肯斯坦式的蛋白质能够进入宿主细胞核是一回事，证明它到达宿主细胞核后还能发挥作用则完全是另一回事。

Bracha和她的同事将这种工程寄生虫引入体外人类脑细胞，发现GRA16-MeCP2蛋白以与正常MeCP2相似的方式与甲基化DNA结合。此外，融合蛋白改变了人脑类器官中的基因表达，这表明，尽管没有最终证明，MeCP2即使附着在GRA16上也能正常发挥功能。研究人员证明，这些基因组调整并没有干扰弓形虫的标志性才能：当将携带融合蛋白的寄生虫外周注射到小鼠体内时，它们仍然能够进入大脑。

然而，科学家们的工作才刚刚开始。“重要的是要强调，这是一个非常新想法的概念证明，”Bracha说。“毫无疑问，这些媒介的安全性需要通过寄生虫的衰减来改善。这是其他生物制剂所做的事情。通过病毒基因疗法，已经进行了数十年的研究，以减轻和优化它们的递送。”

Saeij指出，弓形虫可能特别难以减弱。“大多数研究表明，毒性较小的弓形虫菌株很难到达大脑，因为通常它们会被免疫系统破坏。所以，这有点像第22条军规：如果你想让弓形虫的毒性和危险性降低，它可能也不会那么容易进入大脑。”

研究人员仍然认为，有可能通过其他方式减弱弓形虫，Bracha说，该研究的合著者、格拉斯哥大学的寄生虫学家Lilach Sheiner目前正在探索可能的解决方案。一种选择是设计营养缺陷，使生物体在缺乏生长所需化合物的情况下无法增殖。他们也在探索设计按需消除的基因杀死开关的方法。事实上，如果研究人员能够实现这种衰减，他们将很好地将弓形虫从病原体转变为对抗神经系统疾病的盟友。