阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是以認知功能下降為特征的一種常見的神經(jīng)退行性疾病。作為重大公共衛(wèi)生問題，阿爾茨海默病正在悄然影響著全球的每一個家庭。

據(jù)國際阿爾茨海默病協(xié)會近日發(fā)布的《2021年世界阿爾茨海默病報告》顯示，全世界有5500多萬人患有認知癥。隨著每天的增長，這一數(shù)字將變得更加驚人，預(yù)計到2030年將達到7800萬。

遺憾的是，面對數(shù)字不斷增長的發(fā)病人群，科學(xué)家對這種復(fù)雜疾病的病因仍所知甚少，針對該疾病的預(yù)防和治療也收效甚微。

近日，來自天津大學(xué)和天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院的科研人員研發(fā)了一種可高效穿過血腦屏障的抗氧化多靶點納米藥物，為擊敗“記憶殺手”帶來了希望。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于The Innovation。

以大腦內(nèi)氧化應(yīng)激為突破

阿爾茨海默病的發(fā)病機制非常復(fù)雜，研發(fā)有效的治療藥物目前依然是該疾病防治的難點。雖然已經(jīng)有一些藥物對癥治療阿爾茨海默病，例如通過抑制乙酰膽堿水解、清除Aβ沉積或者阻止神經(jīng)纖維纏結(jié)聚集，但是這些藥物在改善該疾病癥狀上非常有限，且臨床預(yù)后不佳。

因此，科研團隊將目光聚焦到更深層更基礎(chǔ)的阿爾茨海默病發(fā)病機制?！敖Y(jié)合近年來的研究，我們注意到氧化應(yīng)激在阿爾茨海默病病程的發(fā)生發(fā)展中處于關(guān)鍵地位?！碧旖虼髮W(xué)生命科學(xué)學(xué)院納米生物醫(yī)學(xué)研究所所長常津教授向《中國科學(xué)報》表示。

一方面，大腦活動對氧氣的需求大，線粒體在耗氧供能過程中會產(chǎn)生大量活性氧自由基，而阿爾茨海默病腦內(nèi)的線粒體功能失調(diào)會導(dǎo)致自由基大量積累，產(chǎn)生氧化應(yīng)激，引起脂質(zhì)過氧化和DNA損傷；而機體自身的抗氧化酶含量會隨阿爾茨海默病進展降低。另一方面，阿爾茨海默病腦內(nèi)逐漸積累的Aβ以及失調(diào)的金屬離子等病理機制都會加重氧化應(yīng)激。

換句話說，在阿爾茨海默病發(fā)病早期的患者腦內(nèi)即可觀察到氧化損傷標(biāo)志物的出現(xiàn)，且隨著病情加重含量逐漸升高，這表明氧化應(yīng)激是阿爾茨海默病的早期事件，并隨著該疾病病程的發(fā)展而逐漸惡化。

“氧化應(yīng)激可與其它發(fā)病機制相互作用并貫穿病程始終，最終導(dǎo)致學(xué)習(xí)和記憶能力的下降。因此，我們選擇對抗氧化應(yīng)激作為突破口，進行高效抗氧化劑的開發(fā)研究?！背＝蛘f。

高效穿越血腦屏障

由于阿爾茨海默病發(fā)病機制比較復(fù)雜且相互影響，又涉及多種通路，單一靶點的藥物治療忽略了機制間的相互作用，強制激活或抑制某一靶點又可能會帶來副作用，很難有效控制阿爾茨海默病的進展。

而抗氧化劑在對抗氧化應(yīng)激的同時會對其他相關(guān)發(fā)病機制產(chǎn)生積極地影響，且作用效果相對溫和，具有提高療效、減輕副作用的優(yōu)點。因此，抗氧化介導(dǎo)的多靶點納米藥物研發(fā)便成為科研人員的首選。

然而，“已有的抗氧化藥物在對抗阿爾茨海默病上面臨的最大難題在于無法穿過血腦屏障進入大腦。”常津告訴記者。

血腦屏障是血液系統(tǒng)與腦組織之間存在的天然屏障，在保護中樞神經(jīng)系統(tǒng)免受外界損害的同時限制了大多數(shù)藥物的入腦轉(zhuǎn)運，包括已有的抗氧化藥物在內(nèi)的幾乎98%的藥物分子都難以穿過血腦屏障。另外，為數(shù)不多的可以入腦的藥物由于缺乏靶向性，不能高效聚集在AD的腦病變部位，例如海馬體，無法在病變部位達到有效作用濃度，從而導(dǎo)致療效不佳。

因此，研發(fā)一種可高效穿過血腦屏障的抗氧化多靶點納米藥物，根據(jù)不同程度差異化的氧化應(yīng)激水平調(diào)節(jié)給藥策略，才有可能實現(xiàn)阿爾茨海默病的預(yù)防與治療。

基于這樣的思路，經(jīng)過幾年的艱苦探索，常津領(lǐng)銜的天津大學(xué)研究團隊聯(lián)合天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院研究團隊終于構(gòu)建了一種可高效穿過血腦屏障的抗氧化多靶點納米藥物PTCN。

實驗驗證“捷報”連連

為了驗證新型納米藥物PTCN的具體效果，研究團隊展開了一系列的實驗。

研究團隊首先通過體內(nèi)外實驗證明了PTCN具有兩大功能。一是小鼠腦微血管內(nèi)皮細胞體外實驗證實，轉(zhuǎn)鐵蛋白介導(dǎo)的轉(zhuǎn)胞吞途徑在PTCN穿過血腦屏障中起到關(guān)鍵作用，同時生物電鏡等技術(shù)證實PTCN在大腦海馬區(qū)有效富集。二是體內(nèi)外特異性熒光成像證明，剛果紅可引導(dǎo)PTCN與淀粉樣蛋白聚集體特異性結(jié)合，發(fā)揮普魯士藍納米顆粒的抗氧化作用，有效清除活性氧。

然后，研究團隊通過細胞實驗證實PTCN具有較低的細胞毒性，而且PTCN預(yù)處理和后處理均能顯著降低氧化應(yīng)激并提高細胞存活率，發(fā)揮抗氧化應(yīng)激和神經(jīng)保護作用。

在小鼠體內(nèi)研究方面，研究團隊根據(jù)不同病程的氧化應(yīng)激水平設(shè)計梯度給藥策略，針對早期和晚期分別進行預(yù)防和治療實驗。行為學(xué)和腦核磁成像結(jié)果顯示，PTCN可有效改善阿爾茨海默病模型小鼠的認知障礙并抑制大腦海馬區(qū)萎縮。

最后，蛋白質(zhì)免疫印跡結(jié)果顯示，PTCN在阿爾茨海默病全程均可改善氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙和突觸損傷。在早期，PTCN會顯著抑制炎癥并輕度抑制神經(jīng)元凋亡，而在晚期，PTCN會更顯著的抑制神經(jīng)元凋亡。

“這是一種基于傳統(tǒng)生物材料的新組合藥物，具有良好的生物安全性?！背＝蛑赋?，通過PTCN梯度給藥策略能實現(xiàn)阿爾茨海默病的早期預(yù)防和晚期治療，有望發(fā)展成為臨床個性化藥物，同時具有防治其他氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的潛力，例如帕金森癥、缺血性腦中風(fēng)、漸凍癥等。

PTCN預(yù)防和治療阿爾茨海默病示意圖 (常津供圖）

PTCN的表征及其兩大性能檢測 (常津供圖）

體內(nèi)預(yù)防和治療實驗的行為學(xué)和海馬體積檢測 (常津供圖）

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向臨床應(yīng)用努力

從2019年中旬開展以6月齡APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠為動物模型的治療性實驗開始，到2021年終于做出成果，常津及團隊成員用了3年時間終于“孕育”出PTCN。

做出這項成果并不容易。2019年12月初，研究團隊購入大批量APP/PS1小鼠準備開始進行動物水平的預(yù)防性實驗，按照實驗計劃，需要對低月齡小鼠連續(xù)給藥3個月。不幸的是，在2020年1月份新冠疫情暴發(fā)，“那時候我們剛開始給藥不到一個月，根據(jù)疫情防控要求，非必要不出行、學(xué)生暫時不能返校，這應(yīng)該是我們遇到的最困難的處境?！碧峒把芯恐械耐?，天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科助理研究員竇妍仍感到歷歷在目。

一方面無法合成所需的納米藥物，另一方面無法進入動物飼養(yǎng)單位進行給藥。直到2020年6月，學(xué)生才順利返校，而此時小鼠周齡已不符合實驗要求，只能再次重新購買小鼠，重新開展實驗。

“我們在課題進展的各個環(huán)節(jié)都遇到過一些或大或小的難題，感謝團隊成員齊心協(xié)力，共渡難關(guān)，才有了今天的成績?！背＝蚝芨兄x自己研究團隊和科研搭檔的傾情付出。

應(yīng)用于臨床是此項研究的最終目標(biāo)，不過前期還有很多的基礎(chǔ)工作要做?！拔覀兡壳皟H從氧化應(yīng)激對其他發(fā)病機制的宏觀作用結(jié)果進行了評估，而對于通過何種途徑調(diào)節(jié)其它機制缺乏更詳盡的分子水平探究。接下來，我們將對抗氧化多靶點納米藥物在小鼠體內(nèi)的代謝分布、對阿爾茨海默病作用機制通路以及臨床轉(zhuǎn)化開展深入研究。”常津最后表示。（來源：中國科學(xué)報?倪偉波）

PTCN研究團隊成員合影 (常津供圖）

相關(guān)論文信息： https://doi.org/10.1016/j.xinn.2021.100160

來源：《創(chuàng)新》、中國科學(xué)報