▷2024/12/20
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本文要点
该研究主要介绍了一种基于多肽药物偶联物（PDC）的纳米平台，用于晚期阿尔茨海默病（AD）的免疫代谢激活和原位神经再生。
研究团队设计了一种能够穿越血脑屏障的PDC共递送平台，该平台通过转胞吞作用运输，并在脑内的氧化应激微环境中解离释放两种PDC靶向胶质细胞。其中，羟氯喹（HCQ）被靶向递送到小胶质细胞以激活免疫反应和恢复能量代谢，而全反式维甲酸（ATRA）被靶向递送到星形胶质细胞以促进其转分化并减少炎症。
在转基因小鼠模型中，该纳米平台能够降低毒性蛋白和炎症水平，同时增加神经元密度，改善学习和记忆能力。这项研究为炎症相关疾病的多细胞靶向和联合纳米疗法提供了设计策略。
成果题名：A Peptide-Drug Conjugate-Based Nanoplatform for Immunometabolic Activation and In Situ Nerve Regeneration in Advanced-Stage Alzheimer's Disease
发表期刊：《Advanced Materials》
成果介绍
共递释系统的制备过程和靶向治疗机制示意图
1、DA-PPHATK@PDA的制备和表征
纳米平台的制备涉及将药物和PEG接枝到PAH骨架上，形成富含氨基的聚合物，然后通过超声吸附形成DA-PPHA@PDA，最后中和表面电位。该纳米平台为球形，HCQ与ATRA的摩尔比为1.88:1。载药能力分别为HCQ 9.54%和ATRA 5.02%。药物释放实验表明，通过酯键共价偶联的药物24小时内释放率小于10%，而在酯酶孵育和酸性条件下释放速率加快，特别是在30U/mL酯酶浓度下，24小时内可释放约90%的药物。
共递释系统的制备过程和靶向治疗机制示意图
2、DA-PPHATK@PDA纳米平台的ROS敏感特性和FRET效应
DA-PPHATK@PDA纳米平台对ROS刺激表现出快速响应，能在50分钟内显著膨胀和塌陷，证实了其对ROS的高度敏感性。通过FITC和AF555的荧光光谱分析，观察到纳米平台在O2•-作用下拆卸，导致FRET效应变化。
图2 DA-PPHA的ROS响应性能和神经胶质细胞选择性靶向效应TK@PDA
3、BBB渗透和神经胶质细胞选择性靶向递送
研究中使用小鼠脑内皮细胞（bEnd.3）建立了体外BBB模型，以评估纳米平台的渗透效率。研究发现，与未修饰的纳米平台相比，DAG和Ab肽修饰的纳米平台（TK@PDA）能显著促进bEnd.3细胞的摄取，且这种摄取依赖于能量和巨胞饮作用。靶向肽修饰的纳米平台显示出更高的单层转运效率，且可被游离肽预孵育抑制，表明其通过CTGF和RAGE介导的转胞吞作用。此外，FITC和Cy5标记的纳米平台（DA-PPTK@PDA）显示出对小胶质细胞和星形胶质细胞的选择性靶向能力。共培养系统的结果证实，纳米平台能以“特洛伊木马”方式完整穿越BBB，并在氧化应激微环境中分解，实现神经胶质细胞的选择性靶向和药物释放。
4、小胶质细胞的代谢调节和免疫耐受逆转
Aβ能够激活小胶质细胞，并通过Akt/mTOR/HIF-1α通路将代谢表型从OXPHOS转变为糖酵解。HCQ递送能够激活这一通路，促进小胶质细胞的代谢重编程和炎症调节。使用2-NBDG监测葡萄糖摄取，以及ATP产生和乳酸分泌分析，证实了糖酵解水平的上调。A-PPHTK@PDA处理显著提高了IL-1β的表达，表明有氧糖酵解在调节小胶质细胞炎症激活中的关键作用。此外，HCQ递送增强了BV2细胞对Aβ的吞噬和清除能力，从而恢复免疫功能。这些发现证实了PDA和HCQ递送组合能够调节小胶质细胞的代谢，并促进其免疫功能的恢复。
图4 DA-PPHATK@PDA在体外逆转小胶质细胞免疫耐受
5、将反应性神经胶质细胞重编程为功能性神经元
研究表明，通过纳米平台靶向递送ATRA，可以在体外将反应性星形胶质细胞重编程为功能性谷氨酸能神经元。免疫染色显示，经ATRA处理后，星形胶质细胞表达未成熟神经元标志物DCX，并与GFAP共定位，形态转变为细长分支，表明其转化为未成熟神经元。治疗21天后，成熟神经元标志物如MAP2和vGlut1的表达增加，显示星形胶质细胞成功转变为成熟神经元。
图5 DA-PPHATK@PDA在体外促进星形胶质细胞向功能性神经元的反式分化
6、FRET效应介导的体内分布监测和炎症诊断
交联诱导的FRET效应能够实时监测纳米平台的完整性。FITC相较于AF555在24小时内荧光强度较低，表明FRET效应持续存在，纳米平台保持完整。AF555的半衰期和DA-PP在FRET条件下的值接近FITC和AF647标记的DA-PPTK@PDA，约为30小时，显示交联策略提高了纳米平台的体内稳定性。使用IVIS系统监测Cy5和Cy5.5标记的DA-PPTK@PDA，发现未交联纳米平台因强正电荷而快速清除，而DA-PPTK@PDA在AD小鼠脑中的Cy5信号在注射后8小时逐渐增加，表明其可能在AD大脑中分解，FRET效应可能关闭。Ab和DAG肽的修饰促进了AD大脑对纳米平台的识别，TK接头增强了体循环稳定性。靶向肽修饰的交联纳米平台有效渗透BBB，并在炎症病灶中积累，导致ROS敏感的分解释放出靶向神经胶质细胞的药物偶联物，具有治疗AD的潜力。
图6 体内FRET效应介导的AD模型小鼠炎症实时诊断
7、改善AD小鼠的认知功能退化
在对9个月大的AD小鼠进行的治疗效果研究中，DA-PPHATK@PDA纳米平台显著改善了小鼠的认知和记忆障碍。Morris水迷宫测试显示，治疗组小鼠的逃逸潜伏期降低，目标象限停留时间增加，穿越平台次数增多，表现出学习和记忆能力的改善。筑巢实验中，DA-PPHATK@PDA治疗的小鼠展现出更规则和集中的巢穴建造行为，获得更高的评分，表明海马功能得到改善。
图7 DA-PPHATK@PDA挽救了AD模型小鼠学习和记忆能力的退化
8、AD小鼠疗效和神经胶质细胞调节机制的验证
在对晚期AD小鼠进行治疗后，DA-PPHATK@PDA纳米平台显示出显著的治疗效果。TUNEL染色结果表明，治疗后AD小鼠大脑中的细胞凋亡信号明显减少，显示了对氧化应激水平的控制和神经元凋亡的抑制。此外，HCQ的靶向递送激活了受损的mTOR通路，显示出恢复免疫耐受小胶质细胞的潜力。Aβ斑块负荷在治疗2个月后逐渐减少，特别是在治疗的最后一个月效果更加明显。治疗初期，Aβ斑块大小未显著减少，但小胶质细胞数量增加，随后Aβ斑块逐渐解体，小胶质细胞浸润增加。三个月后，Aβ斑块大小和体积显著减小，小胶质细胞形态恢复正常。DA-PPHATK@PDA组的小胶质细胞数量增加3倍，体积减少2倍，斑块体积减少三倍。星形胶质细胞的转分化机制涉及NeuroD1通路的激活，DCX阳性未成熟神经元的增加，以及MAP2阳性成熟神经元的再生。治疗还改善了AD大脑中的促炎与抗炎细胞因子平衡，缓解了神经炎症。总的来说，DA-PPHATK@PDA纳米平台通过调节神经胶质细胞和AD微环境，有效减轻了AD小鼠的认知和记忆障碍。
图8 体内神经胶质细胞和AD微环境的调节机制
总
结
该研究主要介绍了一种基于多肽药物偶联物（PDC）的纳米平台，用于晚期阿尔茨海默病（AD）的免疫代谢激活和原位神经再生。研究团队设计了一种能够穿越血脑屏障的PDC共递送平台，该平台通过转胞吞作用运输，并在脑内的氧化应激微环境中解离释放两种PDC靶向胶质细胞。其中，羟氯喹（HCQ）被靶向递送到小胶质细胞以激活免疫反应和恢复能量代谢，而全反式维甲酸（ATRA）被靶向递送到星形胶质细胞以促进其转分化并减少炎症。这项研究摒弃了传统以神经元为核心的脑部疾病治疗策略，展示了调控休眠胶质细胞治疗AD的新方法，并为疾病的多靶点治疗提供了新的思路。在转基因小鼠模型中，该纳米平台能够降低毒性蛋白和炎症水平，同时增加神经元密度，改善学习和记忆能力。这项研究为炎症相关疾病的多细胞靶向和联合纳米疗法提供了设计原则。
文章来源：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202408729
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