重磅!下(xià)一代癌症免疫療法即将問世!開發出遠(yuǎn)程控制的(de)CAR-T細胞,有望更安全更有效地治療實體瘤
在一項新的(de)針對(duì)小鼠的(de)研究中,來(lái)自斯坦福大(dà)學醫學院的(de)研究人(rén)員(yuán)發現一種利用(yòng)患者自身的(de)經過基因修飾的(de)免疫細胞來(lái)攻擊癌細胞的(de)癌症治療方法,當可(kě)以通(tōng)過口服藥物(wù)進行開啓和(hé)關閉時(shí),會更安全和(hé)更有效。相關研究結果發表在2022年5月(yuè)12日的(de)Cell期刊上,論文标題爲“Enhanced safety and efficacy of protease-regulated CAR-T cell receptors”。
這(zhè)種稱爲CAR-T細胞療法的(de)癌症治療方法對(duì)某些類型的(de)血癌有明(míng)顯的(de)效果。但是,由于一些患者對(duì)這(zhè)些經過基因改造的(de)T細胞(一種免疫細胞)出現了(le)威脅生命的(de)免疫反應,CAR-T療法通(tōng)常隻在其他(tā)治療方法被嘗試過後才使用(yòng)。它在實體瘤患者中也(yě)不太成功,如腦(nǎo)癌和(hé)骨癌患者。科學家們認爲,這(zhè)是因爲容易發出過度信号的(de)CAR-T細胞在能夠消除實腫瘤之前就已經經曆功能衰竭。此外,與血癌不同的(de)是,很難在實體瘤上确定隻在癌細胞表面上而不是在正常組織中發現的(de)分(fēn)子靶标。這(zhè)些作者設計出一種經過基因修飾的(de)CAR-T細胞療法---稱爲SNIP CAR-T,它可(kě)用(yòng)一種已經被美(měi)國食品藥品管理(lǐ)局(FDA)批準用(yòng)于人(rén)體的(de)抗肝炎口服藥物(wù)激活。如果沒有這(zhè)種藥物(wù),SNIP CAR-T細胞就沒有活性。在CAR-T細胞被輸注回患者體内後,用(yòng)藥物(wù)控制它們的(de)活性的(de)能力爲那些可(kě)能對(duì)經過基因改造的(de)T細胞反應不佳的(de)患者提供了(le)一種安全機制。這(zhè)些作者還(hái)發現,這(zhè)些經過基因修飾後的(de)CAR-T細胞在治療實驗室小鼠的(de)實體瘤方面明(míng)顯更有效---可(kě)能是因爲當這(zhè)種日常藥物(wù)在小鼠體内代謝時(shí),CAR-T細胞經曆了(le)短暫、反複的(de)休息期。論文通(tōng)訊作者、斯坦福大(dà)學兒(ér)科教授Crystal Mackall博士說,“我們構建出一種‘遠(yuǎn)程控制’的(de)CAR-T細胞療法,可(kě)針對(duì)每名患者進行調整。這(zhè)些經過基因修飾的(de)CAR-T細胞不僅更安全,而且比原來(lái)的(de)CAR-T細胞更有效力,用(yòng)途更廣。這(zhè)是一種相當複雜(zá)的(de)系統。”論文第一作者Louai Labanieh說,“我對(duì)SNIP CAR-T細胞優于傳統CAR-T細胞療法的(de)程度感到驚訝。在傳統CAR-T細胞完全失敗的(de)地方,SNIP CAR-T細胞完全治愈了(le)小鼠骨骼和(hé)神經系統中的(de)實體瘤。”鑒于這(zhè)種觸發SNIP CAR-T細胞活性的(de)口服藥物(wù)已經被FDA批準上市,這(zhè)些作者希望在未來(lái)24個(gè)月(yuè)内對(duì)患有實體瘤的(de)人(rén)進行臨床試驗。CAR-T細胞是由稱爲T細胞的(de)免疫細胞制作而成,具體過程爲:T細胞從患者身上收集,并在實驗室進行基因改造使之表達CAR受體(嵌合抗原受體),以便識别和(hé)攻擊癌細胞表面上的(de)特定分(fēn)子。然後将CAR-T細胞輸注回同一患者的(de)體内以對(duì)抗癌症。當CAR-T細胞表面上的(de)CAR受體與癌細胞表面上的(de)分(fēn)子靶标結合時(shí),這(zhè)在CAR-T細胞内啓動連鎖反應,從而發出殺死癌細胞的(de)信号。CAR-T細胞療法于2017年首次被FDA批準用(yòng)于患有急性淋巴細胞白血病的(de)兒(ér)童和(hé)年輕人(rén)。從那時(shí)起,它也(yě)被批準用(yòng)于患有其他(tā)血癌的(de)成年人(rén),包括多(duō)發性骨髓瘤和(hé)幾種類型的(de)淋巴瘤。這(zhè)種療法的(de)原始形式靶向癌細胞表面的(de)一種叫做(zuò)CD19的(de)分(fēn)子,但是科學家們也(yě)在測試同時(shí)識别其他(tā)分(fēn)子靶标的(de)CAR-T細胞。


Labanieh希望開發一種CAR-T細胞系統,在CAR-T細胞輸注回患者體内後可(kě)以很容易地讓它們受到控制。他(tā)在CAR-T細胞中引入了(le)丙肝病毒NS3蛋白酶。這(zhè)種蛋白酶切割細胞膜内側的(de)CAR受體,阻斷了(le)觸發細胞殺傷活動的(de)信号級聯反應。這(zhè)種蛋白酶可(kě)以被一種叫做(zuò)格佐匹韋(grazoprevir)的(de)藥物(wù)滅活,這(zhè)種藥物(wù)被批準用(yòng)于治療丙型肝炎。在沒有這(zhè)種藥物(wù)的(de)情況下(xià),CAR-T細胞沒有活性;當這(zhè)種藥物(wù)存在時(shí),CAR-T細胞開始殺死癌細胞。Labanieh和(hé)他(tā)的(de)同事們發現在沒有格佐匹韋的(de)情況下(xià),SNIP CAR-T細胞在實驗室小鼠體内沒有活性。相反,當小鼠口服格佐匹韋後,這(zhè)種蛋白酶受到抑制,SNIP CAR-T細胞被激活。在CAR-T細胞誘導出緻命毒性的(de)小鼠模型中,用(yòng)SNIP CAR-T細胞治療的(de)小鼠在格佐匹韋治療停止後恢複了(le)健康,這(zhè)就證實了(le)該系統有可(kě)能作爲一種比傳統CAR-T細胞療法更安全的(de)替代治療方案。Labanieh說,“以前構建出藥物(wù)可(kě)調控的(de)CAR-T細胞的(de)努力産生的(de)系統是非常挑剔的(de),或者說是漏損的(de)。這(zhè)是我們第一次能夠如此精确地調整它們的(de)活性。”Mackall補充說,“當SNIP CAR-T細胞系統與全劑量的(de)格佐匹韋開啓時(shí),它是完全開啓的(de)。而當格佐匹韋消失時(shí),它就關閉了(le)。這(zhè)對(duì)出現毒副反應的(de)患者來(lái)說至關重要。我們可(kě)以關閉SNIP CAR-T細胞,讓患者有時(shí)間恢複。其他(tā)大(dà)多(duō)數安全開關的(de)設計是爲了(le)殺死CAR-T細胞,或永遠(yuǎn)關閉它們。患者可(kě)能在這(zhè)種治療中存活下(xià)來(lái),但他(tā)們的(de)癌症仍然沒有被治愈。”當這(zhè)些作者測試SNIP CAR-T細胞對(duì)抗小鼠實體癌的(de)能力時(shí),他(tā)們發現它們比傳統的(de)CAR-T細胞療法有效得(de)多(duō)---在許多(duō)情況下(xià),治愈了(le)患有稱爲髓母細胞瘤的(de)腦(nǎo)癌或稱爲骨肉瘤的(de)骨癌的(de)小鼠。出乎意料的(de)是,這(zhè)些作者還(hái)發現,調節格佐匹韋的(de)劑量使CAR-T細胞更有辨别力,将它們的(de)殺傷力集中在靶标分(fēn)子含量高(gāo)的(de)癌細胞上,而對(duì)靶标分(fēn)子含量較低的(de)正常組織則沒有影(yǐng)響。他(tā)們說,設計CAR-T細胞以識别也(yě)出現在健康細胞表面上的(de)靶分(fēn)子的(de)能力可(kě)能改變治療人(rén)類實體瘤的(de)能力。Mackall說,“這(zhè)是一種非常有吸引力的(de)可(kě)能性。如果我們能通(tōng)過改變格佐匹韋的(de)劑量來(lái)降低SNIP CAR-T細胞的(de)活性,我們就能非常精确地對(duì)每名患者進行個(gè)性化(huà)治療,防止毒副作用(yòng)出現或促使CAR-T細胞殺死癌細胞而不是正常組織。我們認爲這(zhè)是一種将改變CAR-T細胞領域的(de)下(xià)一代癌症療法。”
揭示膜結合的(de)ACE2對(duì)SARS-CoV-2感染至關重要
在一項新的(de)研究中,來(lái)自奧地利科學院分(fēn)子生物(wù)技術研究所、加拿大(dà)英屬哥(gē)倫比亞大(dà)學和(hé)美(měi)國西北(běi)大(dà)學費恩柏格醫學院等研究機構的(de)研究人(rén)員(yuán)發現血管緊張素轉換酶2(ACE2)的(de)膜結合形式是使SARS-CoV-2(引起COVID-19的(de)冠狀病毒)感染的(de)關鍵。相關研究結果發表在2022年5月(yuè)26日的(de)Cell期刊上,論文标題爲“Evidence in favor of the essentiality of human cell membrane-bound ACE2 and against soluble ACE2 for SARS-CoV-2 infectivity”。

ACE2有兩種形式---一種是可(kě)以與健康宿主細胞的(de)細胞膜結合的(de)全長(cháng)形式,一種是在血液中少量循環的(de)較短的(de)可(kě)溶性形式。雖然這(zhè)兩種形式都含有SARS-CoV-2刺突蛋白的(de)受體結合結構域結合的(de)相同序列,但是可(kě)溶性ACE2缺乏錨定到細胞膜的(de)能力。論文共同通(tōng)訊作者、西北(běi)大(dà)學費恩柏格醫學院腎髒病/高(gāo)血壓教授Daniel Batlle博士說,這(zhè)些研究結果表明(míng),這(zhè)種全長(cháng)形式對(duì)SARS-CoV-2的(de)感染性至關重要,而可(kě)溶性形式并不促進感染性。Batlle說,“這(zhè)些發現對(duì)開發COVID-19領域有希望的(de)涉及可(kě)溶性ACE2蛋白的(de)療法很重要。它們表明(míng)極低濃度的(de)可(kě)溶性ACE2不會促進SARS-CoV-2的(de)感染性,而高(gāo)劑量---以中和(hé)SARS-CoV-2爲目标的(de)劑量---的(de)可(kě)溶性ACE2通(tōng)過攔截這(zhè)種病毒的(de)刺突蛋白使得(de)它無法到達膜結合的(de)ACE2而達到預期的(de)有益效果。”Batlle實驗室和(hé)其他(tā)實驗室在之前的(de)研究已證實當可(kě)溶性ACE2蛋白以高(gāo)劑量給感染SARS-CoV-2的(de)小鼠注射時(shí),病毒複制被阻止,這(zhè)些小鼠的(de)總體生存率明(míng)顯提高(gāo)。然而,其他(tā)的(de)研究也(yě)提示著(zhe)在人(rén)類腎髒細胞系中,較低濃度的(de)可(kě)溶性ACE2實際上可(kě)能增加SARS-CoV-2的(de)感染性。這(zhè)促使Batlle領導的(de)一個(gè)國際研究團隊利用(yòng)低濃度的(de)可(kě)溶性ACE2蛋白開展進一步的(de)研究。

在這(zhè)項新的(de)研究中,這(zhè)些作者通(tōng)過測量暴露于極低濃度的(de)可(kě)溶性ACE2中的(de)人(rén)類腎髒細胞系在感染了(le)SARS-CoV-2後的(de)RNA水(shuǐ)平來(lái)評估病毒感染性。他(tā)們還(hái)在感染了(le)SARS-CoV-2的(de)人(rén)類肺部和(hé)腎髒類器官中進行了(le)類似的(de)研究。總的(de)來(lái)說,這(zhè)些作者發現較低濃度的(de)可(kě)溶性ACE2并沒有增強SARS-CoV-2在腎髒細胞系或肺部和(hé)腎髒類器官中的(de)感染性。此外,通(tōng)過使用(yòng)一種缺乏ACE2的(de)腎髒類器官新模型,他(tā)們發現,在沒有ACE2的(de)情況下(xià),SARS-CoV-2的(de)感染性是不可(kě)能的(de)。Batlle說,低濃度和(hé)高(gāo)濃度的(de)可(kě)溶性ACE2都是如此,它們對(duì)SARS-CoV-2感染沒有影(yǐng)響,這(zhè)表明(míng)膜結合的(de)ACE2是SARS-CoV-2感染所必需的(de)受體。Batlle說,“可(kě)溶性ACE2低濃度存在于正常人(rén)、COVID-19和(hé)有發生COVID-19并發症風險的(de)心血管疾病患者中,因此,令人(rén)放心的(de)是,可(kě)溶性ACE2不會促進人(rén)類感染。”
揭示使用(yòng)藥用(yòng)大(dà)麻增加心髒病風險,CB1拮抗劑染料木(mù)黃(huáng)酮有望來(lái)拯救
在一項新的(de)大(dà)型研究中,來(lái)自斯坦福大(dà)學醫學院研究人(rén)員(yuán)發現使用(yòng)藥用(yòng)大(dà)麻的(de)人(rén)患心髒病和(hé)心髒病發作的(de)風險增加。他(tā)們還(hái)發現,大(dà)麻的(de)精神活性成分(fēn),即四氫大(dà)麻酚(tetrahydrocannabinol, THC),會導緻位于血管内壁的(de)内皮細胞出現炎症,以及實驗室小鼠的(de)動脈粥樣硬化(huà)。相關研究結果發表在2022年5月(yuè)12日的(de)Cell期刊上,論文标題爲“Cannabinoid receptor 1 antagonist genistein attenuates marijuana-induced vascular inflammation”。
這(zhè)些作者發現,這(zhè)種炎症和(hé)動脈粥樣硬化(huà)可(kě)以被一種叫做(zuò)染料木(mù)黃(huáng)酮(genistein)的(de)小分(fēn)子阻斷,這(zhè)種小分(fēn)子天然存在于大(dà)豆和(hé)蠶豆中。因爲genistein對(duì)大(dà)腦(nǎo)的(de)滲透力有限,所以它不會抑制THC刺激食欲、減輕疼痛和(hé)抑制惡心的(de)能力---這(zhè)些特性對(duì)藥用(yòng)大(dà)麻使用(yòng)者至關重要。
論文通(tōng)訊作者、斯坦福大(dà)學醫學院斯坦福心血管研究所主任Joseph Wu博士說,“随著(zhe)美(měi)國越來(lái)越多(duō)的(de)州将大(dà)麻的(de)娛樂(yuè)性使用(yòng)合法化(huà),使用(yòng)者需要注意它可(kě)能對(duì)心血管産生副作用(yòng)。但是genistein能很好地緩解大(dà)麻引起的(de)内皮血管損傷,而不會阻斷大(dà)麻對(duì)中樞神經系統的(de)影(yǐng)響,它可(kě)能成爲藥用(yòng)大(dà)麻使用(yòng)者從心血管角度保護自己的(de)一種方式。”
部分(fēn)原因是THC在美(měi)國是一種受控物(wù)質,因此在醫學研究中受到嚴格監管,這(zhè)些作者提醒道,經常藥用(yòng)大(dà)麻的(de)長(cháng)期健康影(yǐng)響在很大(dà)程度上仍不清楚。
論文共同第一作者、斯坦福大(dà)學醫學院斯坦福心血管研究所醫學講師Mark Chandy博士說,“大(dà)麻對(duì)心血管系統有明(míng)顯的(de)不利影(yǐng)響。随著(zhe)越來(lái)越多(duō)的(de)州将大(dà)麻使用(yòng)合法化(huà),我預計我們将在未來(lái)幾年開始看到心髒病發作和(hé)中風的(de)上升。我們對(duì)人(rén)類細胞和(hé)小鼠的(de)研究清楚地概述了(le)THC暴露如何在血管中啓動一種破壞性的(de)分(fēn)子級聯反應。這(zhè)不是一種良性的(de)藥物(wù)。”
THC和(hé)炎症
這(zhè)些作者分(fēn)析了(le)大(dà)約50萬名40~69歲的(de)人(rén)的(de)遺傳數據和(hé)醫療數據。這(zhè)些數據來(lái)自英國生物(wù)樣本庫(UK Biobank)。近35000名參與者報告說吸食大(dà)麻,其中約11000人(rén)每月(yuè)吸食一次以上。在控制了(le)包括年齡、身體質量指數(BMI)和(hé)性别在内的(de)其他(tā)因素後,每月(yuè)抽一次以上的(de)人(rén)比研究中的(de)其他(tā)人(rén)明(míng)顯更有可(kě)能出現心髒病發作。他(tā)們發現,經常吸食大(dà)麻的(de)人(rén)也(yě)比不吸食大(dà)麻的(de)人(rén)更有可(kě)能在50歲之前出現第一次心髒病發作---這(zhè)是一種被稱爲過早心髒病發作(premature heart attack)的(de)不尋常的(de)醫療事件,它會增加一個(gè)人(rén)一生中随後心髒病發作、心力衰竭和(hé)可(kě)能導緻突然死亡的(de)危及生命的(de)心律失常的(de)風險。


血管炎症是動脈粥樣硬化(huà)的(de)一種主要特征。動脈粥樣硬化(huà)是由于由脂肪、膽固醇和(hé)其他(tā)物(wù)質組成的(de)斑塊堆積而導緻的(de)血管壁增厚,這(zhè)可(kě)能導緻心髒病發作。這(zhè)些作者發現,吸食大(dà)麻煙(yān)的(de)志願者血液中的(de)炎症分(fēn)子水(shuǐ)平在随後的(de)三個(gè)小時(shí)内明(míng)顯增加。他(tā)們進一步發現,THC在實驗室培養的(de)人(rén)類内皮細胞中促進炎症和(hé)動脈粥樣硬化(huà)特性。最後,經培育具有高(gāo)膽固醇水(shuǐ)平的(de)喂食高(gāo)脂肪飲食的(de)實驗室小鼠在注射THC時(shí),它們的(de)動脈粥樣硬化(huà)斑塊的(de)大(dà)小與每天吸食一支大(dà)麻煙(yān)的(de)水(shuǐ)平相當,明(míng)顯大(dà)于對(duì)照(zhào)組小鼠。
THC與人(rén)類大(dà)腦(nǎo)、心髒和(hé)血管系統中的(de)細胞上一種叫做(zuò)CB1的(de)受體結合。該受體可(kě)識别自然發生的(de)大(dà)麻素,即内源性大(dà)麻素(endocannabinoid),從而調節情緒、痛覺、免疫功能和(hé)代謝。但頻(pín)繁使用(yòng)大(dà)麻會導緻CB1的(de)不适當激活,這(zhè)可(kě)能導緻炎症和(hé)動脈粥樣硬化(huà),并且與肥胖、癌症和(hé)糖尿病有關。科學家們一直試圖開發稱爲拮抗劑的(de)分(fēn)子,在這(zhè)種受體過度活躍的(de)情況(比如在肥胖中)下(xià)阻斷CB1的(de)功能,但是在此之前,CB1拮抗劑的(de)使用(yòng)由于它們在大(dà)腦(nǎo)活動中引起的(de)情緒障礙和(hé)焦慮等精神方面的(de)副作用(yòng)而受阻。
尋找CB1拮抗劑
這(zhè)些作者使用(yòng)機器學習(xí)技術篩選了(le)一個(gè)龐大(dà)的(de)蛋白結構數據庫,并确定了(le)與先前确定的(de)CB1拮抗劑結構相似的(de)分(fēn)子,這(zhè)些分(fēn)子可(kě)以阻斷THC引起的(de)炎症和(hé)動脈粥樣硬化(huà)特性,而不會引起精神方面的(de)副作用(yòng)。他(tā)們發現大(dà)豆中天然存在的(de)分(fēn)子genistein與CB1結合,但腦(nǎo)部滲透性差。當将genistein添加到經過THC處理(lǐ)的(de)人(rén)類内皮細胞中,或者将它提供給具有高(gāo)膽固醇水(shuǐ)平的(de)接受過THC注射的(de)小鼠中時(shí),他(tā)們發現genistein阻斷了(le)THC的(de)有害作用(yòng),但沒有阻斷THC對(duì)大(dà)腦(nǎo)的(de)精神作用(yòng)。
Chandy說,“我們沒有看到THC對(duì)小鼠正常的(de)止痛或鎮靜作用(yòng)受到任何阻斷,這(zhè)些作用(yòng)有助于大(dà)麻的(de)潛在有用(yòng)的(de)藥用(yòng)特性。因此,與以前的(de)CB1拮抗劑相比,genistein可(kě)能是一種更安全的(de)藥物(wù)。它已被用(yòng)作一種營養補充劑,而且99%的(de)它停留在大(dà)腦(nǎo)之外,因此它應該不會引起這(zhè)些特定的(de)不良副作用(yòng)。”
這(zhè)些作者希望進行臨床試驗,以了(le)解genistein是否能降低大(dà)麻使用(yòng)者的(de)心血管疾病風險。他(tā)們還(hái)希望将他(tā)們的(de)研究擴展到包括大(dà)麻二酚(CBD)---大(dà)麻中的(de)另一種大(dà)麻素,不具有THC的(de)精神作用(yòng)。
Wu說,“越來(lái)越多(duō)的(de)公衆認爲,大(dà)麻是無害的(de),甚至是有益的(de)。大(dà)麻顯然有重要的(de)藥用(yòng)價值,但娛樂(yuè)性使用(yòng)者應該仔細考慮過度使用(yòng)的(de)問題。”他(tā)指出,一些人(rén)将使用(yòng)大(dà)麻的(de)合法化(huà)比作電子煙(yān)。電子煙(yān)最初是作爲一種安全的(de)戒煙(yān)方式推向市場(chǎng)的(de),但後來(lái)被證明(míng)會導緻肺部損傷,并導緻煙(yān)草(cǎo)使用(yòng)的(de)增加。
利用(yòng)一種新發現的(de)大(dà)腦(nǎo)回路,哺乳動物(wù)關注新環境中的(de)最顯著特征
在一項新的(de)研究中,來(lái)自加州大(dà)學舊(jiù)金山分(fēn)校的(de)研究人(rén)員(yuán)發現當探索一個(gè)新環境時(shí),小鼠利用(yòng)大(dà)腦(nǎo)中一種獨特的(de)長(cháng)距離連接,促使它們注意環境中最顯著的(de)特征。這(zhè)種源于前額葉皮層并延伸到海馬體的(de)聯系提供了(le)大(dà)腦(nǎo)高(gāo)級認知區(qū)域如何優化(huà)發生在遙遠(yuǎn)的(de)大(dà)腦(nǎo)區(qū)域的(de)操作的(de)證據。相關研究結果發表在2022年4月(yuè)28日的(de)Cell期刊上,論文标題爲“Top-down control of hippocampal signal-to-noise by prefrontal long-range inhibition”。
論文通(tōng)訊作者、加州大(dà)學舊(jiù)金山分(fēn)校的(de)Vikaas Sohal博士說,“這(zhè)個(gè)回路是了(le)解大(dà)腦(nǎo)如何讓前額葉皮層對(duì)大(dà)腦(nǎo)的(de)其他(tā)部分(fēn)進行自上而下(xià)的(de)調節的(de)一個(gè)途徑。這(zhè)是一種以前從未見過的(de)連接兩個(gè)大(dà)腦(nǎo)區(qū)域的(de)長(cháng)距離、抑制性途徑。”前額葉皮層(PFC),有時(shí)被認爲是“大(dà)腦(nǎo)的(de)CEO”,控制注意力、計劃和(hé)決策等執行功能。海馬體存儲記憶并處理(lǐ)空間信息,幫助我們浏覽環境。論文第一作者、加州大(dà)學舊(jiù)金山分(fēn)校的(de)Ruchi Malik博士說,這(zhè)種新發現的(de)回路有助于将注意力集中在環境中重要的(de)東西上,而忽略其他(tā)感官刺激。Malik說,“就好像PFC吸收了(le)所有這(zhè)些感官信息,并說‘嘿,海馬體,我們在這(zhè)個(gè)特定的(de)環境中,所以現在要注意這(zhè)個(gè)特定的(de)信息’。”她以停車場(chǎng)爲例,說明(míng)PFC對(duì)海馬體施加了(le)這(zhè)種自上而下(xià)的(de)控制。Malik說,“爲了(le)記住你停車的(de)地方,PFC會告訴海馬體有選擇地注意地标,然後在你返回時(shí)回憶并尋找這(zhè)些地标。”通(tōng)過抑制神經元對(duì)注意力進行微調這(zhè)個(gè)回路最獨特的(de)地方是它完成集中注意力任務的(de)複雜(zá)方式:它通(tōng)過關閉原本會抑制海馬體中微回路的(de)信号,提高(gāo)和(hé)集中這(zhè)些特定微回路的(de)活動。結果就是PFC發出一個(gè)非常明(míng)确的(de)信号,告訴海馬體應該注意什(shén)麽,并且随著(zhe)周圍環境的(de)變化(huà),以一種極其巧妙的(de)方式對(duì)該信息進行微調。這(zhè)些作者通(tōng)過将小鼠放入一個(gè)具有有一些小物(wù)體的(de)小型競技場(chǎng)10分(fēn)鐘(zhōng)來(lái)證明(míng)這(zhè)一點。在探這(zhè)個(gè)競技場(chǎng)時(shí),小鼠将檢查這(zhè)些小物(wù)體一到兩分(fēn)鐘(zhōng),然後繼續前進。通(tōng)過觀察小鼠大(dà)腦(nǎo)的(de)活動,他(tā)們觀察到這(zhè)兩個(gè)大(dà)腦(nǎo)區(qū)域之間的(de)信号是同步的(de)。當小鼠再次經過這(zhè)些小物(wù)體時(shí),他(tā)們可(kě)以觀察到,它們海馬體内的(de)信号得(de)到了(le)完善和(hé)加強。


Malik說,“發生了(le)這(zhè)樣的(de)對(duì)話(huà);海馬體正在繪制物(wù)體在空間的(de)位置,而PFC正在指示海馬體每個(gè)位置的(de)相關性。”
這(zhè)些作者還(hái)發現,這(zhè)些數據顯示哪些神經元在某個(gè)特定的(de)時(shí)間點上放電,并确定小鼠在那一刻的(de)位置,證實當小鼠接近或探索PFC認爲重要的(de)物(wù)體時(shí),大(dà)腦(nǎo)活動會發生變化(huà)。這(zhè)表明(míng)在海馬體繪制環境圖譜的(de)同時(shí),它也(yě)在進行微調,以便在PFC檢測到小鼠正在接近一個(gè)重要目标(如一個(gè)新物(wù)體)時(shí)産生某些神經活動模式。大(dà)腦(nǎo)回路的(de)功能障礙可(kě)能與癡呆症、多(duō)動症(ADHD)有關這(zhè)些作者希望更好地了(le)解這(zhè)一回路在執行功能中可(kě)能發揮的(de)作用(yòng),以及當它不能有效地完成任務時(shí)的(de)後果。Malik認爲,這(zhè)一回路的(de)功能障礙可(kě)能是與注意力或記憶有關的(de)認知問題的(de)基礎,如癡呆症、多(duō)動症或精神障礙。他(tā)們針對(duì)這(zhè)個(gè)回路邁出的(de)下(xià)一步是通(tōng)過觀察這(zhè)個(gè)回路在更複雜(zá)的(de)活動中是如何發揮作用(yòng)的(de),例如使用(yòng)存儲在工作記憶中的(de)信息來(lái)決定遵循哪條路徑來(lái)尋找獎勵,從而了(le)解這(zhè)個(gè)回路如何影(yǐng)響行爲。Malik認爲,從大(dà)腦(nǎo)中更高(gāo)層次的(de)認知部分(fēn)到更古老、更普遍的(de)尋路中心的(de)這(zhè)種聯系很可(kě)能會産生廣泛的(de)影(yǐng)響。她說,“爲了(le)在一個(gè)複雜(zá)的(de)環境中工作,去尋找食物(wù)或獎勵,然後回來(lái),你需要能夠注意特定的(de)刺激,并以精确的(de)方式在空間中安排它們。這(zhè)個(gè)回路的(de)過濾功能是絕對(duì)必要的(de)。”
重大(dà)進展!作爲一類新的(de)藥物(wù),反饋幹擾劑有望治療病毒感染甚至癌症
疱疹病毒家族中的(de)病毒是全世界出生缺陷、失明(míng)和(hé)器官移植失敗的(de)主要原因。抗病毒藥物(wù)可(kě)以對(duì)抗這(zhè)些病毒,但是患者往往對(duì)這(zhè)類藥物(wù)産生抗藥性,從而使得(de)它們失去效力。
如今,在一項新的(de)研究中,格拉斯通(tōng)研究所的(de)Leor Weinberger博士和(hé)Sonali Chaturvedi博士及其研究團隊開發出一類新的(de)稱爲反饋幹擾劑(feedback disruptors)的(de)藥物(wù),它們有可(kě)能成爲阻止抗藥性産生的(de)藥物(wù)(resistance-proof drug,即防抗藥性藥物(wù))。相關研究結果于2022年5月(yuè)12日在線發表在Cell期刊上,論文标題爲“Disrupting autorepression circuitry generates 'open-loop lethality' to yield escape-resistant antiviral agents”。

一些對(duì)病毒生長(cháng)至關重要的(de)病毒蛋白在高(gāo)濃度下(xià)會對(duì)宿主細胞産生毒性。因此,這(zhè)些蛋白在水(shuǐ)平過高(gāo)時(shí)關閉它們自己的(de)表達,以防止它們所依賴的(de)宿主細胞死亡---這(zhè)種系統被稱爲負反饋回路(negative feedback loop)。正如這(zhè)項新的(de)研究所報道的(de)那樣,反饋幹擾劑靶向并破壞了(le)這(zhè)些遺傳反饋回路,使受感染的(de)宿主細胞自我毀滅,并阻止感染的(de)發生。紐約州立大(dà)學石溪分(fēn)校生物(wù)醫學工程系教授Gábor Balázsi博士(未參與這(zhè)項新的(de)研究)說,“幾十年來(lái),對(duì)自然界大(dà)量存在的(de)遺傳反饋回路進行了(le)分(fēn)析和(hé)表征,但是在此之前如何将這(zhè)些發現轉化(huà)爲藥物(wù)仍然是一個(gè)挑戰。這(zhè)項新的(de)研究首次表明(míng),反饋回路可(kě)以成爲治療病毒感染的(de)藥物(wù)靶标。這(zhè)是一個(gè)全新的(de)抗病毒治療概念,可(kě)以廣泛适用(yòng)。”現有的(de)抗疱疹病毒藥物(wù)通(tōng)過毒害疱疹病毒用(yòng)于在受感染細胞内進行增殖的(de)複制複合物(wù)而發揮作用(yòng)。然而,這(zhè)些藥物(wù)所靶向的(de)特定病毒蛋白可(kě)以迅速地産生少量的(de)變化(huà),或者說突變,使它們能夠逃避攻擊。Chaturvedi說,“抗病毒藥物(wù)的(de)抗藥性是一個(gè)巨大(dà)的(de)問題,影(yǐng)響到全世界數百萬人(rén)。這(zhè)就是爲什(shén)麽我如此關心設計阻止抗藥性産生的(de)藥物(wù)。”這(zhè)種新的(de)反饋幹擾方法源于Weinberger實驗室早先在巨細胞病毒(CMV)中發現的(de)一種關鍵反饋回路,其中CMV是一種常見的(de)疱疹病毒類型。在受感染的(de)宿主細胞内,這(zhè)種反饋回路調節著(zhe)IE86的(de)産生,這(zhè)是這(zhè)種病毒增殖所需的(de)一種蛋白。一旦IE86達到足夠高(gāo)的(de)水(shuǐ)平,它就會關閉自己的(de)産生,直到它的(de)濃度下(xià)降并穩定下(xià)來(lái)。這(zhè)是因爲過多(duō)的(de)IE86對(duì)宿主細胞是有毒的(de)。

在實驗室實驗中,當這(zhè)些作者引入基因改變來(lái)移除對(duì)這(zhè)種反饋回路的(de)抑制時(shí),IE86的(de)産生就會飙升,在制造更多(duō)的(de)病毒之前摧毀受感染的(de)宿主細胞。Chaturvedi說,“這(zhè)是違反直覺的(de),因爲我們正在提高(gāo)一種病毒蛋白的(de)産量,但最終這(zhè)抵消了(le)感染,而不是使其惡化(huà)。”這(zhè)些作者意識到,如果他(tā)們能夠開發出一種藥物(wù)來(lái)破壞這(zhè)種反饋回路,他(tā)們就有可(kě)能在治療CMV感染的(de)同時(shí)避免抗藥性。Weinberger說,“這(zhè)項新的(de)研究表明(míng),對(duì)反饋幹擾劑的(de)抗藥性需要CMV在多(duō)個(gè)不同的(de)基因組位置進行大(dà)量的(de)突變,從而在本質上重建一種新的(de)反饋回路。這(zhè)種情況發生的(de)可(kě)能性微乎其微,我們的(de)實驗室實驗重現了(le)這(zhè)一點;CMV對(duì)目前的(de)抗病毒藥物(wù)進化(huà)出抗藥性沒有什(shén)麽問題,但卻無法進化(huà)出對(duì)反饋幹擾劑的(de)抗藥性。”如今,面臨的(de)挑戰是開發這(zhè)樣的(de)一種候選藥物(wù)。通(tōng)過采用(yòng)生化(huà)實驗、數學建模和(hé)合成生物(wù)學,這(zhè)些作者開發了(le)一種與IE86結合的(de)小片段合成DNA,它可(kě)阻斷IE86的(de)産生。他(tā)們将這(zhè)種新的(de)候選藥物(wù)稱爲反饋幹擾劑。額外的(de)實驗室實驗表明(míng),這(zhè)種反饋幹擾劑确實殺死了(le)CMV感染的(de)宿主細胞,但卻沒有傷害到健康的(de)宿主細胞。在一項關鍵的(de)實驗中,這(zhè)些作者發現這(zhè)種反饋幹擾劑對(duì)宿主細胞中的(de)CMV持續有效達數月(yuè)之久,而這(zhè)種病毒從未産生抗藥性。相比之下(xià),CMV可(kě)以在短短2天内對(duì)抗病毒藥物(wù)阿昔洛韋(acyclovir)産生抗藥性。他(tā)們還(hái)發現,感染了(le)某種版本的(de)CMV的(de)小鼠在接受反饋幹擾劑治療時(shí)比接受安慰劑治療時(shí)效果更好。接下(xià)來(lái),這(zhè)些作者證實反饋幹擾劑可(kě)能被開發出來(lái)以靶向其他(tā)病毒使用(yòng)的(de)類似反饋回路,首先是導緻失明(míng)的(de)主要傳染性原因---單純疱疹病毒1(HSV-1)。他(tā)們發現,在感染HSV-1後,接受反饋幹擾劑治療的(de)小鼠眼睛的(de)病毒感染率明(míng)顯下(xià)降。此外,這(zhè)些作者還(hái)開發了(le)一種針對(duì)SARS-CoV-2(引起COVID-19的(de)冠狀病毒)的(de)反饋幹擾劑,在細胞實驗中顯示出有希望的(de)抗病毒效果。Chaturvedi說,“這(zhè)非常令人(rén)鼓舞,因爲它表明(míng)這(zhè)種反饋幹擾器策略不限于基于DNA的(de)病毒,如CMV和(hé)HSV-1,也(yě)可(kě)以爲諸如SARS-CoV-2之類的(de)RNA病毒設計。”事實上,這(zhè)些作者預計,同樣的(de)策略可(kě)能應用(yòng)于任何涉及在遭受破壞時(shí)過度産生一種關鍵蛋白的(de)反饋回路的(de)疾病。如今,這(zhè)些作者正在努力确定反饋回路是否可(kě)能在癌症中加以靶向,畢竟癌症是另一類具有重大(dà)抗藥性挑戰的(de)疾病。在未來(lái),反饋幹擾劑也(yě)有可(kě)能被開發出來(lái),以對(duì)抗細菌性疾病。與此同時(shí),針對(duì)疱疹病毒的(de)反饋幹擾劑進行更多(duō)的(de)實驗室研究可(kě)能使這(zhè)種策略更接近于臨床測試。Weinberger說,“現在迫切需要更好的(de)方案來(lái)治療病毒感染,如CMV和(hé)HSV-1,這(zhè)些病毒對(duì)目前的(de)抗病毒藥物(wù)産生了(le)抗藥性。反饋回路已經被研究了(le)幾十年,如今我們可(kě)能能夠靶向它們,以克服抗藥性。”
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