2023年6月23日，四川大學(xué)高會(huì)樂(lè)課題組和成果課題組在Research(IF=11.036)期刊上在線發(fā)表了題為“Pathological BBB Crossing Melanin-Like Nanoparticles as Metal-Ion Chelators and Neuroinflammation Regulators against Alzheimer’s Disease”的論文。該研究使用了來(lái)自集萃藥康自主產(chǎn)權(quán)阿爾茨海默癥(Alzheimer’s disease, AD)小鼠模型FAD4T(C57BL/6JGpt-Tg(Thy-APP/Thy-PSEN1)5/Gpt,T053302)進(jìn)行體內(nèi)試驗(yàn)，結(jié)合免疫熒光分析、動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)及體內(nèi)轉(zhuǎn)錄組分析等多個(gè)技術(shù)手段，展示了直接利用納米材料PDA@K的固有特性作為AD治療方法的優(yōu)勢(shì)，拓寬了納米材料在AD療法中的應(yīng)用場(chǎng)景。

AD的發(fā)病機(jī)制被認(rèn)為是多種復(fù)雜機(jī)制相互促進(jìn)的結(jié)果，氧化應(yīng)激作為神經(jīng)元損傷的重要誘發(fā)因素，通過(guò)上調(diào)淀粉樣前體蛋白 (APP)表達(dá)和增加分泌酶活性導(dǎo)致更多Aβ積累；反過(guò)來(lái)，Aβ的異常聚集進(jìn)一步表現(xiàn)出其神經(jīng)毒性并引發(fā)促炎反應(yīng)。除此之外，AD患者腦中金屬離子的不平衡也促進(jìn)了AD的發(fā)展，金屬離子如Cu2+和Zn2+，由于與Aβ的N端有高親和力，導(dǎo)致Aβ斑塊沉積，加速神經(jīng)毒性；并且小膠質(zhì)細(xì)胞的功能異常與Aβ沉積相互作用，共同促進(jìn)了AD病程的加重。因此基于AD發(fā)展的復(fù)雜病因，研究人員設(shè)計(jì)了新型黑色素樣金屬離子螯合劑和神經(jīng)炎癥調(diào)節(jié)劑(melanin-like metal ion chelators and neuroinflammation regulators，PDA@K)用于AD治療，通過(guò)金屬螯合和活性氧(reactive oxygen species，ROS)清除來(lái)共同減少Aβ沉積并使功能失調(diào)的小膠質(zhì)細(xì)胞正?；▓D1）。隨后，研究人員利用體外試驗(yàn)證明了其有效靶向Aβ、血腦屏障滲透性高和清除ROS的能力，具有良好的生物相容性；并且這種多功能策略在FAD4T轉(zhuǎn)基因小鼠中顯示出有效的小膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)節(jié)和神經(jīng)保護(hù)作用，改善了疾病模型小鼠的記憶和認(rèn)知障礙。

圖1. PDA@K策略示意圖

集萃藥康將攜帶Swedish、Indiana突變的人源APP基因和攜帶M146L、L286V突變的人源PSEN1轉(zhuǎn)入小鼠基因組，構(gòu)建了FAD4T小鼠模型。相較于其他常用的轉(zhuǎn)基因AD小鼠模型，F(xiàn)AD4T小鼠更早的表現(xiàn)出淀粉樣蛋白沉積(1.5月齡)和小膠質(zhì)細(xì)胞激活（1.5月齡）,并伴有明顯的記憶缺陷(5月齡)，證明了在這種新模型中評(píng)估Nanoparticles（NPs）治療效果的適用性和可靠性。FAD4T小鼠體內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)的尾靜脈注射給予NPs（3天一次，共7次）后，在水迷宮試驗(yàn)中，對(duì)照組FAD4T小鼠（5% glucose-injected）在4天的訓(xùn)練和probe test中表現(xiàn)出明顯的學(xué)習(xí)和記憶缺陷，而PDA@K治療的FAD4T小鼠表現(xiàn)出空間學(xué)習(xí)和記憶的改善，具體表現(xiàn)為到達(dá)目標(biāo)平臺(tái)的時(shí)間縮短和穿越平臺(tái)的次數(shù)增加；在筑巢試驗(yàn)（nest-building test）中，治療組FAD4T小鼠也表現(xiàn)出筑巢行為的改善（圖2）。

圖2. NPs治療FAD4T轉(zhuǎn)基因小鼠的行為評(píng)價(jià)

行為試驗(yàn)結(jié)束后，科研人員收集小鼠組織進(jìn)行進(jìn)一步分析。流式細(xì)胞檢測(cè)和熒光染色的結(jié)果顯示，F(xiàn)AD4T小鼠腦內(nèi)ROS水平顯著高于Wild type（WT）小鼠，而NPs治療組，尤其是PDA@K組ROS水平顯著降低。為了探討NPs對(duì)Aβ沉積的影響，科研人員采用Aβ免疫組織化學(xué)和免疫熒光染色檢測(cè)淀粉樣斑塊的數(shù)量。結(jié)果顯示，F(xiàn)AD4T小鼠的皮層和海馬中存在豐富的Aβ斑塊，但經(jīng)治療后，Aβ斑塊的數(shù)量和大小均明顯減少，PDA@K treated組的Aβ斑塊幾乎不可見(jiàn)，接近WT水平。此外，PDA@K處理后，F(xiàn)AD4T轉(zhuǎn)基因小鼠腦中M1型小膠質(zhì)細(xì)胞（CD86+）表達(dá)下調(diào)，M2型小膠質(zhì)細(xì)胞（CD206+）表達(dá)上調(diào)。同時(shí)，促炎細(xì)胞因子（TNF-α和IL-6）的分泌減少和抑炎細(xì)胞因子（TGF-β和IL-10）的表達(dá)增加也證實(shí)了對(duì)激活后小膠質(zhì)細(xì)胞的調(diào)控作用。海馬的尼氏染色和H&E染色結(jié)果則表明FAD4T小鼠中出現(xiàn)明顯的核皺縮和神經(jīng)元損傷，相比之下，NPs處理，特別是PDA@K治療，顯著減輕了神經(jīng)細(xì)胞的損傷。同時(shí)，PDA@K處理組小鼠腦中的免疫應(yīng)答通路蛋白如NF-κB p65和IKB-α表達(dá)下調(diào)證明了PDA@K治療對(duì)于ROS清除、小膠質(zhì)細(xì)胞極化和神經(jīng)保護(hù)的調(diào)控作用（圖3）。

圖3. FAD4T轉(zhuǎn)基因小鼠體內(nèi)Aβ清除、神經(jīng)炎癥緩解和微環(huán)境重塑

為了進(jìn)一步了解NPs給藥后的治療機(jī)制，科研人員評(píng)估了PDA和PDA@K治療后FAD4T小鼠腦的轉(zhuǎn)錄組特征。用PDA@K治療后，與FAD4T組相比，共有1939個(gè)基因顯著表達(dá)差異，其中997個(gè)基因表達(dá)上調(diào)(紅點(diǎn))，942個(gè)基因下調(diào)(藍(lán)點(diǎn))。表達(dá)基因的聚類(lèi)分析表明PDA@K處理極大地改變了FAD4T小鼠大腦的基因表達(dá)模式。通過(guò)基因本體(Gene Ontology, GO)分析發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)差異表達(dá)基因富集于神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、膠質(zhì)細(xì)胞形成、金屬離子穩(wěn)態(tài)、炎癥反應(yīng)和記憶等類(lèi)別（圖4）。這些數(shù)據(jù)表明，PDA@K對(duì)AD的治療效果歸因于多種信號(hào)通路的調(diào)控。這些積極的病理生理效果均有助于PDA@K-treated FAD4T轉(zhuǎn)基因小鼠認(rèn)知能力的恢復(fù)，PDA@K可以被認(rèn)為是探索AD治療的一種新的多管齊下的策略。

圖4. NPs治療后FAD4T轉(zhuǎn)基因小鼠腦的體內(nèi)轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析

集萃藥康自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)FAD4T模型小鼠，擁有攜帶Swedish、Indiana突變的人源APP基因和攜帶M146L、L286V突變的人源PSEN1基因，具有病理表征出現(xiàn)早等優(yōu)勢(shì)，既可以很好的模擬臨床AD患者的疾病表征，也能夠滿足相關(guān)藥效需求，更多該模型相關(guān)文章在投稿或?qū)徍酥?，相信后續(xù)會(huì)有更多的高分文章與大家見(jiàn)面。除此模型之外，集萃藥康還擁有3xTg、2xAD及以FAD4T為基礎(chǔ)構(gòu)建的攜帶人源化靶點(diǎn)（如hTREM2及hAPOE4等）的AD Plus小鼠模型即將上市。如需了解更多模型詳情，歡迎聯(lián)系您身邊熟悉的銷(xiāo)售同事或致電官方客服電話400-966-0890獲取詳細(xì)數(shù)據(jù)資料。

參考文獻(xiàn)

1. Huang Q, Jiang C, Xia X, et al. Pathological BBB Crossing Melanin-like Nanoparticles as Metal-ion Chelator and Neuroinflammation Regulator against Alzheimer’s Disease[J]. Research, 2023.