阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性病,是老年癡呆最常見的一種類型,主要表現(xiàn)為漸進(jìn)性記憶障礙、認(rèn)知功能障礙及語言障礙等神經(jīng)精神癥狀,其典型的病理特征是細(xì)胞外β淀粉樣蛋白(amyloid-β, Aβ斑)沉積形成的老年斑、細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)元纖維纏結(jié)和腦萎縮。由于血腦屏障(Blood-Brain Barrier, BBB)阻礙了大多數(shù)藥物到達(dá)大腦,有效的腦部藥物遞送一直是AD和其他腦部疾病的一個重大挑戰(zhàn)。為了提高血腦屏障的通透性,科學(xué)家們開發(fā)了如BBB穿透肽(CRTIGPSVC, CRT)、靶向CD47糖蛋白和小膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)節(jié)劑(Necrostatin-1s, Nec-1s)等選擇性的內(nèi)源性運(yùn)輸機(jī)制;然而,穿透肽轉(zhuǎn)運(yùn)能力低、Nec-1s水溶性差和腦部生物利用度低等缺陷為該項(xiàng)研究帶來了巨大的困難。
近日,中國科學(xué)院過程工程研究所劉瑞田和盧帥研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型的聚(乳酸-羥基乙酸)共聚物(PLGA)納米粒子(CRT-CD47-NP-Nec-1s),它通過活性氧(ROS)響應(yīng)性苯硼酸酯鍵與CD47胞外結(jié)構(gòu)域偶聯(lián),顯示出“不要吃我”信號,并將CRT和Nec-1s包裹在其中。研究發(fā)現(xiàn)小鼠腦內(nèi)高水平的ROS促使納米粒子中CD47的釋放,生成的顆粒有效地被常駐的小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬,被吞噬的Nec-1s可將病理性小膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)節(jié)到有益狀態(tài),減輕Aβ斑負(fù)荷、小膠質(zhì)細(xì)胞增生和星形膠質(zhì)細(xì)胞增生,減少AD小鼠腦內(nèi)細(xì)胞因子的產(chǎn)生和氧化應(yīng)激,最終達(dá)到減輕認(rèn)知障礙和突觸丟失的治療效果。該項(xiàng)研究結(jié)果首次證明,可條件釋放的“不要吃我”CD47信號顯著促進(jìn)了小膠質(zhì)細(xì)胞靶向給藥,值得進(jìn)一步研究開發(fā)治療AD的藥物。該研究成果以題為“A Conditionally Releasable “Do not Eat Me” CD47 Signal Facilitates Microglia-Targeted Drug Delivery for the Treatment of Alzheimer’s Disease”的論文發(fā)表在《Advanced?Functional Materials》上。
如圖1所示,首先通過納米沉淀法將Nec-1s包裹到共聚物NPs中,CRT和CD47再分別與NPs表面羧酸和苯硼酸偶聯(lián)制得CRT-CD47-NP-Nec-1s,TEM圖譜表明CRT-CD47-NP-Nec-1s為均勻球狀,尺寸約為70 nm。
為了探討CRT-CD47-NP-Nec-1s對AD小鼠記憶和學(xué)習(xí)能力的影響,對其進(jìn)行了Morris水迷宮、Y迷宮測試以及新物體辨別實(shí)驗(yàn)。在Morris水迷宮訓(xùn)練中,NP-Nec-1s-、CRT-NP-Nec-1s-和CRT-CD47-NP-Nec-1s-實(shí)驗(yàn)組小鼠的逃避潛伏期逐漸減少,其中CRT-NP-Nec-1s-和CRT-CD47-NP-Nec-1s-實(shí)驗(yàn)組小鼠首次穿越目標(biāo)位置的時間明顯縮短,穿越平臺次數(shù)更多,且目標(biāo)象限停留時間更長(圖2A-D);在Y迷宮測試中,CRT-NP-Nec-1s-和CRT-CD47-NP-Nec-1s-實(shí)驗(yàn)組小鼠在新異臂停留時間更長且進(jìn)入的次數(shù)更多;在新物體辨別實(shí)驗(yàn)中,CRT-NP-Nec-1s-和CRT-CD47-NP-Nec-1s-實(shí)驗(yàn)組小鼠對新物體表現(xiàn)出較高的辨別指數(shù)(圖2E)。?結(jié)果表明CRT-NP-Nec-1s和CRT-CD47-NP-Nec-1s顯著地減輕了AD小鼠的記憶和認(rèn)知缺陷,且CRT-CD47-NP-Nec-1s效果最顯著。
研究者們采用免疫組織化學(xué)方法考察了NPs對AD小鼠病理特征的影響,結(jié)果顯示CRT-NP-Nec-1s-和CRT-CD47-NP-Nec-1s-實(shí)驗(yàn)組小鼠大腦的Aβ斑負(fù)荷明顯減少(圖3A, B),說明CRT-CD47-NP-Nec-1s有效地減輕了β淀粉樣蛋白病變;并且NP-Nec-1s、CRT-NP-Nec-1s和CRT-CD47-NP-Nec-1s顯著地減輕了AD小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞增生和星形膠質(zhì)細(xì)胞增生(圖3C-F)。此外,研究發(fā)現(xiàn)CRT-NP-Nec-1s和CRT-CD47-NP-Nec-1s增加了GSH/GSSG比值,從而減少AD小鼠腦內(nèi)氧化應(yīng)激。
尼氏染色法實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,CRT-NP-Nec-1s-和CRT-CD47-NP-Nec-1s-實(shí)驗(yàn)組小鼠大腦CA1區(qū)神經(jīng)細(xì)胞存活數(shù)量明顯增加(圖4A, B),Western blot結(jié)果發(fā)現(xiàn),NP-Nec-1s-、CRT-NP-Nec-1s-和CRT-CD47-NP-Nec-1s-實(shí)驗(yàn)組小鼠的海馬區(qū)SYN和PSD95的表達(dá)水平增高,其中CRT-CD47-NP-Nec-1s效果尤為顯著(圖4C, D),因此,CRT-CD47-NP-Nec-1s可以修復(fù)損傷神經(jīng)元,改善突觸損傷和丟失。
體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示CRT-CD47-NP-Nec-1s降低了經(jīng)Aβ處理后BV2細(xì)胞中Ch25h 和CST7的轉(zhuǎn)錄水平(圖5A, B),同時體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,NP-Nec-1s、CRT-NP-Nec-1s和CRT-CD47-NP-Nec-1s都明顯降低了AD小鼠Ch25h 和CST7的轉(zhuǎn)錄水平(圖5C, D)。研究還發(fā)現(xiàn),CRT-CD47-NP-Nec-1s 高效地降低了AD小鼠體內(nèi)溶酶體相關(guān)基因Cst7的表達(dá)(圖5E-F),說明CRT-CD47-NP-Nec-1s可以調(diào)控AD小鼠RIPK1和Cst7的生成,將病理性小膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)節(jié)至有益狀態(tài)
亮點(diǎn)小結(jié):
該項(xiàng)研究所開發(fā)的CRT-CD47-NP-Nec-1s通過防止吞噬細(xì)胞的吞噬,有效地延長了其在血液循環(huán)中的半衰期,并通過CD47和CRT的協(xié)同作用增強(qiáng)了其在腦內(nèi)的分布,被吞噬的Nec-1s可將病理性小膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)節(jié)到有益狀態(tài),通過降低Aβ斑負(fù)荷和修復(fù)損傷神經(jīng)元來挽救認(rèn)知障礙和突觸丟失。這種小膠質(zhì)細(xì)胞靶向給藥納米粒子有望用于探索小膠質(zhì)細(xì)胞在AD發(fā)病機(jī)制中的作用,對于研究開發(fā)治療AD的藥物具有重大意義。
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