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)為漸進性記憶障礙、認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胞外β淀粉樣蛋白(amyloid-β, Aβ斑)沉積形成的老年斑、細胞內(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)細胞調(diào)節(jié)劑(Necrostatin-1s, Nec-1s)等選擇性的內(nèi)源性運輸機制；然而，穿透肽轉(zhuǎn)運能力低、Nec-1s水溶性差和腦部生物利用度低等缺陷為該項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隊開發(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)細胞吞噬，被吞噬的Nec-1s可將病理性小膠質(zhì)細胞調(diào)節(jié)到有益狀態(tài)，減輕Aβ斑負荷、小膠質(zhì)細胞增生和星形膠質(zhì)細胞增生，減少AD小鼠腦內(nèi)細胞因子的產(chǎn)生和氧化應(yīng)激，最終達到減輕認知障礙和突觸丟失的治療效果。該項研究結(jié)果首次證明，可條件釋放的“不要吃我”CD47信號顯著促進了小膠質(zhì)細胞靶向給藥，值得進一步研究開發(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，對其進行了Morris水迷宮、Y迷宮測試以及新物體辨別實驗。在Morris水迷宮訓(xùn)練中，NP-Nec-1s-、CRT-NP-Nec-1s-和CRT-CD47-NP-Nec-1s-實驗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-實驗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-實驗組小鼠在新異臂停留時間更長且進入的次數(shù)更多；在新物體辨別實驗中，CRT-NP-Nec-1s-和CRT-CD47-NP-Nec-1s-實驗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-實驗組小鼠大腦的Aβ斑負荷明顯減少（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)細胞增生和星形膠質(zhì)細胞增生（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。
尼氏染色法實驗結(jié)果顯示，CRT-NP-Nec-1s-和CRT-CD47-NP-Nec-1s-實驗組小鼠大腦CA1區(qū)神經(jīng)細胞存活數(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-實驗組小鼠的海馬區(qū)SYN和PSD95的表達水平增高，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。
體外實驗結(jié)果顯示CRT-CD47-NP-Nec-1s降低了經(jīng)Aβ處理后BV2細胞中Ch25h 和CST7的轉(zhuǎn)錄水平（圖5A, B），同時體內(nèi)實驗結(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（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)細胞調(diào)節(jié)至有益狀態(tài)
亮點小結(jié)：
該項研究所開發(fā)的CRT-CD47-NP-Nec-1s通過防止吞噬細胞的吞噬，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)細胞調(diào)節(jié)到有益狀態(tài)，通過降低Aβ斑負荷和修復(fù)損傷神經(jīng)元來挽救認知障礙和突觸丟失。這種小膠質(zhì)細胞靶向給藥納米粒子有望用于探索小膠質(zhì)細胞在AD發(fā)病機制中的作用，對于研究開發(fā)治療AD的藥物具有重大意義。
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