Nature子刊：弓形虫也可向大脑递送药物，自带穿越血脑屏障机制

弓形虫是一种真核脑寄生虫，全球三分之一的人受其感染。它可以主动迁移到中枢神经系统，通过与宿主共同进化而微调的复杂机制渗透过血脑屏障（BBB）。

在中枢神经系统中，弓形虫主要与神经元相互作用并存活在神经元中。弓形虫有三种用于蛋白质分泌的细胞器：微线体、棒状体和致密颗粒。其中两种分泌系统可以将效应蛋白直接递送到宿主细胞中。

基于上述特征，以色列特拉维夫大学、格拉斯哥大学、亚利桑那大学、苏黎世大学等机构的研究人员合作，利用弓形虫作为向大脑递送治疗药物的工具。

相关研究以题为“Engineering Toxoplasma gondii secretion systems for intracellular delivery of multiple large therapeutic proteins to neurons”发表在 Nature Microbiology 期刊。

BBB 严格控制着哪些分子可以从身体的其他部分到达大脑，BBB 不能渗透大多数亲水分子和大分子 (>400 Da)，从而排除几乎所有的蛋白质。BBB 对于保护中枢神经系统免受潜在的侵害和不稳定至关重要，但同时也为向大脑递送药物带来了重大挑战。为了使大型分子能够跨越 BBB，人们已经尝试了多种方法，包括工程化纳米粒子、囊泡、分子融合和化学修饰，但这些方法在效率上遇到了不同的障碍。

弓形虫与包括人类在内的各种宿主共同进化，以靶向大脑。感染通常是通过口腔途径，弓形虫可以自行前往大脑，或者“欺骗”免疫细胞将其携带到大脑。

2013 年，在首次了解到弓形虫后，该文章的通讯作者及第一作者、以色列特拉维夫大学 Shahar Bracha 就有了现在的工作想法。

随着研究的深入，Shahar Bracha 觉得可行性越高。于是，她开始和 Lilach Sheiner 合作，Lilach Sheiner 当时正在格拉斯哥大学开始弓形虫研究。

这项研究利用了弓形虫的棒状体和致密颗粒。棒状体系统通过“亲吻和吐出”（kiss and spit）机制分泌蛋白质，通过质膜上的瞬时开口将蛋白质直接排放到宿主细胞溶胶中，这使得每个弓形虫能够向多个细胞注射蛋白质，并且不需要细胞入侵或在这些细胞内持续存在。相比之下，致密颗粒分泌需要弓形虫在宿主细胞内建立，但可以提供更高水平的蛋白质分泌和更持久地递送。每种系统的优点可能使它们适用于不同类型的蛋白质递送方案。

研究人员分别将治疗性蛋白质定位到棒状体和致密颗粒分泌细胞器。最终，神经胶质细胞衍生的神经营养因子 ( GDNF )、E3 泛素连接酶 ( PARK2 )与转录因子 EB ( TFEBopt )、运动神经元存活 1 ( SMN1 )、甲基-CpG 结合蛋白 2 ( MECP2）等可成功定位至上述分泌细胞器。

随后，研究人员证明弓形虫能够在培养的哺乳动物细胞系、神经元和脑类器官中递送 MeCP2，MeCP2 蛋白是雷特综合征的假定治疗靶点。小鼠体内研究显示，弓形虫可以将 MeCP2 递送到小鼠大脑中的神经元。

文章中也提到，该技术的许多潜在应用将取决于进一步增加脑中弓形虫的数量或分泌蛋白的数量。该系统的潜在改进可能包括：(1) 测试用于棒状体或致密颗粒递送的其他载体蛋白，(2) 修改其调控元件（例如启动子和 3'UTR），(3) 使用比实验室菌株 RH、Pru 或 ME49 具有更高中枢神经靶向性的弓形虫不同分离株，(4) 测试重复给药方案，(5) 使用缓殖子阶段分泌的蛋白质 (6) 增加施用的弓形虫接种量，这将需要开发减毒菌株。

探索减毒弓形虫的不同方法将是开发任何基于弓形虫的载体的最重要步骤之一。尽管免疫功能正常的人类的自然感染往往是无症状的，但弓形虫感染仍可在多种情况下引起不良影响，包括神经毒性等。方法包括病毒基因疗法，以及利用天然病原体的其他活体疗法，如基于李斯特菌的免疫疗法、改良的微生物组疗法等。

总的来说，有必要进一步研究并提高基于弓形虫的载体的安全性和有效性。作者表示，随着弓形虫遗传工具开发的不断进步，感染、持久性和宿主免疫的分子机制的表征改进，以及其他生物工程领域方法的不断跨学科丰富，将促进探索弓形虫作为载体的适用性，并促进其开发用于各种应用。