Notch 信號通路是一種進(jìn)化上最保守的信號通路之一，在免疫細胞、神經(jīng)元、血管內皮細胞、心肌細胞以及其他細胞譜系中是關(guān)鍵的發(fā)育命運決定因子，尤其是 T 細胞的發(fā)育和功能。
在體外從祖細胞/干細胞分化生成許多細胞類(lèi)型都需要激活 Notch 信號通路。然而，在實(shí)驗室中模擬這種高度機械性、依賴(lài)接觸的信號通路，一直是個(gè)巨大的挑戰。
2025 年 8 月 1 日，哈佛大學(xué)醫學(xué)院/波士頓兒童醫院 George Daley 團隊聯(lián)合諾獎得主、蛋白質(zhì)設計先驅 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(kāi)發(fā)的 AI 蛋白設計工具 Rosetta，成功設計生成了全球首個(gè)可溶性 Notch 激動(dòng)劑，這種可溶性蛋白能夠在懸浮培養中模擬 Notch 信號通路的激活，實(shí)現了 T 細胞高效分化，并顯著(zhù)增強了 T 細胞功能及其抗腫瘤免疫，為可擴展、精準控制的 T 細胞療法打開(kāi)了新的大門(mén)。
研究團隊表示，AI 驅動(dòng)的蛋白質(zhì)從頭設計，是一項廣泛適用的平臺技術(shù)，該研究利用這種技術(shù)從頭設計了可溶性 Notch 激動(dòng)劑，它們有助于實(shí)現在懸浮培養體系中大規模生產(chǎn) T 細胞，還能在體內給藥后增強 T 細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 細胞療法被譽(yù)為"活的藥物"。但長(cháng)期以來(lái)，大規模生產(chǎn)功能性 T 細胞依賴(lài)于復雜的人工環(huán)境：干細胞必須在特殊培養皿或微珠表面接觸 Notch 信號蛋白才能分化為 T 細胞。然而，這種"貼壁生產(chǎn)"模式成本高昂、難以規?；?，成為制約"現貨型" T 細胞療法落地的瓶頸。
在這項最新研究中，哈佛醫學(xué)院的 George Daley 團隊與蛋白質(zhì)設計先驅 David Baker 教授團隊合作，設計出了全球首個(gè)可溶性 Notch 激動(dòng)劑，首次在懸浮培養中實(shí)現 T 細胞高效分化，并顯著(zhù)增強了 T 細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)設計，破解 Notch 信號通路的"機械力激活"難題，讓免疫細胞在液體培養中自由發(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(jìn)化上最保守的信號通路之一，控制著(zhù)免疫細胞發(fā)育、血管生成等核心過(guò)程。特別之處在于，Notch 受體激活需要物理拉力--就像拔河一樣，只有相鄰細胞表面的配體（例如 DLL4 蛋白）拽動(dòng) Notch 受體，才能觸發(fā)信號轉導。
傳統可溶性蛋白因無(wú)法提供機械力，反而會(huì )阻斷信號。一直以來(lái)，科學(xué)家們只能依賴(lài)"細胞貼壁"或"微珠負載"方式模擬這種細胞接觸，嚴重制約了應用。
破局關(guān)鍵：AI 設計的"分子鉗"
研究團隊另辟蹊徑，既然天然配體通過(guò)多聚化牽拉受體，能否設計人工多聚體模擬這一過(guò)程？
他們利用 David Baker 教授團隊開(kāi)發(fā)的 AI 蛋白質(zhì)設計工具--Rosetta，設計了 9 種不同幾何結構的多聚體支架，并通過(guò) SpyTag/SpyCatcher 分子膠技術(shù)將 Notch 配體 DLL4 精準組裝其上。結果顯示，三聚體結構 C3-DLL4 可在懸浮培養液中促使細胞相互靠近，形成"免疫突觸"并激活 Notch 信號。其效力超越二聚體等其他結構，媲美傳統貼壁培養。
研究團隊進(jìn)一步解析了其作用機制：
低濃度時(shí)，C3-DLL4 像"雙面膠"一樣橋接細胞，受體聚集于接觸面；
細胞運動(dòng)產(chǎn)生機械力，觸發(fā) Notch 裂解激活；
高濃度時(shí)因"鉤狀效應"抑制成簇，需精準調控劑量。
應用一：懸浮式生物反應器量產(chǎn) T 細胞
傳統工藝中，祖細胞/干細胞貼附于 DLL4 包被的培養皿，分化耗時(shí) 4 周，擴增效率低。而在這項研究中，將臍帶血祖細胞或人誘導多細胞（iPSC）置于含 C3-DLL4 的懸浮生物反應器中，這些細胞會(huì )自由分化發(fā)育為 T 細胞前體，并進(jìn)一步成功分化為成熟的 CD4+/CD8+ T細胞。
核心優(yōu)勢：
產(chǎn)量提升：每微克 DLL4 生成的 T 細胞數量提高 3 倍；
成本降低：擺脫了昂貴貼壁培養系統；
自動(dòng)化潛力：適配 3D 生物反應器，為"現貨型" CAR-T 細胞的生產(chǎn)鋪平了道路。
應用二：免疫增效劑
更令人振奮的是，C3-DLL4 在體內同樣高效！小鼠體內實(shí)驗顯示--
靜脈注射后，胸腺 T 細胞中 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細胞擴增超 2 倍；
抗體類(lèi)型向免疫增效型 IgG2c 轉換，預示更強抗腫瘤免疫潛力。
這意味著(zhù)，未來(lái)或可開(kāi)發(fā)"Notch增效劑"，提升癌癥疫苗以及感染預防的效果。
未來(lái)藍圖："智能配體"平臺
研究團隊進(jìn)一步設計了升級版 C515H-DLL4，其剛性臂延長(cháng)了配體間距，使 T 細胞分化效率首次超越傳統貼壁法。這標志著(zhù)"可溶性 Notch 激動(dòng)劑"邁向應用階段。
該"智能配體"平臺價(jià)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(dòng)類(lèi)器官培養變革；
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設計的這些蛋白是完全合成且可溶的，與傳統的配體展示系統相比，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 細胞制造、疫苗開(kāi)發(fā)以及 T 細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計的蛋白質(zhì)來(lái)調控臨床相關(guān)的復雜信號通路。
這項研究不僅破解了開(kāi)發(fā)可溶性 Notch 激動(dòng)劑的百年難題，更開(kāi)創(chuàng )了"力學(xué)生物學(xué)藥物"新品類(lèi)。隨著(zhù)懸浮生產(chǎn)工藝的普及，T 細胞制造成本有望大幅降低，而新型疫苗佐劑的誕生或將重塑感染與腫瘤免疫治療格局。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(25)00798-6
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