突破血腦屏障，有望治療癡呆癥！《科學(xué)》子刊揭示治療新策略
發(fā)布時(shí)間: 2024-09-04 來(lái)源: 學(xué)術(shù)經(jīng)緯
治療性蛋白質(zhì)的遞送有望治療多種疾病。目前已有多種蛋白質(zhì)療法應(yīng)用于臨床，但它們多數(shù)局限于單克隆抗體、肽類激素和細(xì)胞因子，往往通過(guò)與細(xì)胞質(zhì)膜上的受體結(jié)合來(lái)發(fā)揮作用，其遞送有效性與安全性也存在不足。同時(shí)，更多疾病是由細(xì)胞內(nèi)特定蛋白的缺乏或功能障礙引起的，這些疾病的治療需要實(shí)現(xiàn)治療性蛋白質(zhì)的細(xì)胞內(nèi)遞送，但這一點(diǎn)目前仍然面臨著重重障礙。Dong-Gyu Jo是成均館大學(xué)藥學(xué)院教授，他向我們介紹了當(dāng)前蛋白質(zhì)遞送面臨的3項(xiàng)重要挑戰(zhàn)：“首先是免疫系統(tǒng)對(duì)注射蛋白質(zhì)的反應(yīng)，這可能導(dǎo)致免疫原性效應(yīng)，不僅降低治療效果，還會(huì)產(chǎn)生副作用；另一個(gè)重要挑戰(zhàn)是確保有效遞送跨越生物屏障，尤其是在治療阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病時(shí)，需要跨越血腦屏障；此外，治療性蛋白質(zhì)的生物利用度通常較低，在到達(dá)目標(biāo)位置之前容易被迅速降解或清除，從而限制了治療效果。”為了解決上述挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)出更高效、靶向性更強(qiáng)、更加可控的蛋白質(zhì)遞送機(jī)制，Dong-Gyu Jo教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)嘗試從外泌體（exosome）中尋找全新的遞送方案。在一項(xiàng)發(fā)表于近期《科學(xué)-轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》（Science Translational Medicine）的研究中，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了基于外泌體的細(xì)胞內(nèi)治療性蛋白遞送技術(shù)MAPLEX，并在小鼠實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了其有效遞送，并治療阿爾茨海默病的能力。外泌體是由細(xì)胞自然分泌的納米尺寸囊泡。“外泌體具有天然穿過(guò)生物屏障（包括血腦屏障）的能力，并且與脂質(zhì)納米顆粒等合成載體相比，觸發(fā)免疫反應(yīng)的可能性較低。”Dong-Gyu Jo教授表示，這些優(yōu)勢(shì)讓外泌體有潛力成為治療性生物分子的納米載體。不過(guò)，目前使用外泌體的蛋白質(zhì)遞送系統(tǒng)也存在待解決的悖論：要將蛋白質(zhì)裝載到外泌體中，需要讓貨物蛋白與外泌體標(biāo)記蛋白相融合；但另一方面，抵達(dá)目標(biāo)位置后，貨物蛋白需要與外泌體標(biāo)記蛋白分離，才能進(jìn)入受體細(xì)胞、正常發(fā)揮作用。因此，需要設(shè)計(jì)工具讓貨物蛋白和外泌體標(biāo)記蛋白在裝載時(shí)結(jié)合，但在遞送過(guò)程中切割。為了精確控制兩者結(jié)合的時(shí)間與空間，確保貨物蛋白在進(jìn)入靶細(xì)胞時(shí)能從外泌體膜中釋放，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性設(shè)計(jì)了一套光裂解系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，作者將光裂解蛋白mMaple3融合在貨物蛋白和外泌體標(biāo)記蛋白CD9之間，從而實(shí)現(xiàn)第一個(gè)目標(biāo)：將貨物蛋白裝載到外泌體中。這時(shí)的貨物蛋白-mMaple3-CD9雖然是結(jié)合狀態(tài)，但其中的紐帶mMaple3卻是一枚“定時(shí)炸彈”。作為光裂解蛋白，顧名思義，mMaple3可以被特定波長(zhǎng)的光裂解。于是，在提純?nèi)诤系鞍缀螅芯繄F(tuán)隊(duì)在給藥前通過(guò)450納米的光誘導(dǎo)mMaple3裂解，這時(shí)貨物蛋白也自然與CD9分離，從外泌體膜釋放，實(shí)現(xiàn)了貨物蛋白的細(xì)胞內(nèi)遞送！Dong-Gyu Jo教授表示，這套系統(tǒng)確保了在細(xì)胞環(huán)境中正確激活和定位，提高了蛋白質(zhì)遞送的安全性和有效性。研究團(tuán)隊(duì)將該系統(tǒng)命名為“mMaple3介導(dǎo)的蛋白質(zhì)裝載到外泌體和從外泌體釋放”，簡(jiǎn)稱MAPLEX。隨后，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)MAPLEX的實(shí)際應(yīng)用潛力進(jìn)行了初步檢驗(yàn)。前面說(shuō)到，由于需要穿過(guò)血腦屏障，治療阿爾茨海默病的細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)藥物遞送尤為困難。我們知道，β-淀粉樣蛋白是阿爾茨海默病的致病蛋白之一，而Β位淀粉樣蛋白前體蛋白切割酶1（BACE1）是β-淀粉樣蛋白生成途徑的限速步驟，因此減少BACE1蛋白將有助于改善認(rèn)知功能。因此在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)使用MAPLEX，裝載的貨物蛋白是dCas9蛋白復(fù)合物與DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3A催化結(jié)構(gòu)域（D3A）的融合蛋白，其中dCas9還結(jié)合了靶向Bace1基因的單向?qū)NA。由此，完整的貨物蛋白稱為sgBace1-dCas9-D3A。利用這套系統(tǒng)，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)鼻腔分別給兩種阿爾茨海默病小鼠模型給藥。通過(guò)基因重組與表觀遺傳編輯，MAPLEX分別降低了兩種小鼠大腦中的Bace1表達(dá)和β-淀粉樣蛋白水平，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)腦細(xì)胞的蛋白質(zhì)遞送，改善了小鼠的認(rèn)知和記憶能力。對(duì)于MAPLEX系統(tǒng)的未來(lái)前景，Dong-Gyu Jo教授表示，除了在神經(jīng)退行性疾病中的已有發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)正在探索其在罕見遺傳性疾病領(lǐng)域的應(yīng)用前景：“對(duì)于這類疾病，精確的基因調(diào)控至關(guān)重要。而MAPLEX可以向受罕見遺傳病影響的細(xì)胞遞送基因編輯工具，從而提供潛在的靶向治愈手段。” Dong-Gyu Jo教授繼續(xù)介紹道：“未來(lái)我們還將進(jìn)一步完善該系統(tǒng)，并將其應(yīng)用擴(kuò)展到包括癌癥、自身免疫性疾病在內(nèi)的一系列治療領(lǐng)域。我們還在尋求合作，以加速M(fèi)APLEX進(jìn)入臨床試驗(yàn)，希望它能成為治療多種疾病的多功能平臺(tái)。”
