Генная терапия уменьшает повреждения мозга у мышей при черепно-мозговой травме

Травмы центральной нервной системы очень разнообразны, но все они приводят к повреждению или потере нейронов. Важную роль в этом процессе играет инфильтрация иммунных клеток в паренхиму мозга. На первых этапах иммунные клетки стараются защитить окружающие ткани, однако их длительная активация становится причиной воспаления и смерти нейронов.

Команда ученых из Бельгии, Нидерландов и Великобритании разработала систему на основе аденоассоциированного вектора, которая позволяет модулировать работу иммунной системы. Для экспрессии выбрали интерлейкин-2 (ИЛ-2). Эта молекула способствует размножению регуляторных T-клеток (Treg), которые регулируют иммунный ответ. До сих пор в работах, посвященных влиянию ИЛ-2 и Treg на нейровоспаление, анализировались уровни Treg в крови. Роль резидентных Treg в ЦНС была неясна. Ученые проверили, можно ли контролировать нейровоспаление с помощью ИЛ-2, воздействуя только на иммунные клетки ЦНС и не вовлекая периферическую иммунную систему.

На первом этапе были созданы трансгенные мыши, у которых ген ИЛ-2 был поставлен под промотор, специфичный для нервных клеток мозга. С помощью проточной цитофлуориметрии, микроскопии и РНК-секвенирования единичных исследователи показали эффективную активацию Treg-клеток. Уровень лимфоцитов увеличивался только в тканях мозга. Клетки имели нормальные транскрипционные профили и не влияли на электрофизиологию нейронов. Более того, клетки гематоэнцефалического барьера способствовали активации Treg-клеток.

Дополнительная экспрессия ИЛ-2 у трансгенных мышей привела к уменьшению воспаления после черепно-мозговой травмы. Это позволило ученым продвинуться дальше и перейти к генной терапии. Они использовали аденоассоциированный вирус для доставки гена ИЛ-2 в клетки астроглии мышей. Конструкцию вводили внутривенно. Чтобы избежать экспрессии гена за пределами мозга, ученые использовали AAV с капсидом PHP.B. Он известен избирательным заражением только клеток мозга. Более того, ученые поместили ген ИЛ-2 под промотор GFAP, который работает исключительно в астроцитах.

Обработка вирусом приводила к трехкратному увеличению уровня ИЛ-2 в мозге за 14 дней. Это изменение носило локальный характер — в периферических органах и тканях подобного не наблюдалось. Как показали ученые, лечение с помощью такой конструкции не дает избыточной смертности и не нарушает электрофизиологию мозга и активность астроцитов. Терапевтический эффект вектора наблюдался как на морфологическом уровне, так и на поведенческом. Мыши, которые перед индукцией черепно-мозговой травмы получали вирус, демонстрировали меньшие потери тканей коры и лучшие результаты в поведенческих тестах.

Дальнейшие исследования показали, что экспрессия ИЛ-2 в конечном итоге приводит к трансформации астроглии, ассоциированной с заболеванием, — она приобретает атипичный фенотип c повышенным уровнем MHCII. Эта популяция клеток служит буфером на границе повреждения и препятствует нейротоксическому эффекту. Терапевтический эффект вектора сохранялся и при других видах повреждения. Так, у он уменьшал поражение тканей при ишемии, вызванной двумя разными способами.

Также исследователи адаптировали свою конструкцию для клинических испытаний. Они добавили ген регуляторного белка rtTA и поместили его под промотор GFAP, а ген ИЛ-2 встроили под промотор rtTA. Белок rtTA активирует экспрессию ИЛ-2 только в присутствии миноциклина — полусинтетического антибиотика, способного проходить через гематоэнцефалический барьер. В экспериментах на мышах отмена миноциклина приводила к снижению уровня Treg в мозге до исходного. Ученые назвали адаптированную конструкцию запертой на три замка (triple lock). По их мнению, такая система доставки гена обладает всеми характеристиками, необходимыми для дальнейшей клинической разработки: она эффективна и контролируется миноциклином.