▷2024/12/26
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本文导读
脑微梗塞是老年人群中常见的缺血性脑损伤类型，常见于痴呆、阿尔茨海默病及具有血管风险因素的患者。尽管它们具有共同性，但有效的治疗方法仍有待研究。
为此，北京化工大学卢云峰教授等多团队联合报道了一种新型治疗方法，该方法利用能穿透血脑屏障的聚合物配方神经生长因子，有效减轻氧化应激和神经元凋亡，促进梗死区域小胶质细胞的极化重塑，并降低微梗死的整体负担。这一疗法在小鼠模型中显著改善了行为和认知功能。
这项工作为治疗脑微梗塞和其他神经退行性疾病提供了一种新策略。
成果题名：Polymer-Formulated Nerve Growth Factor Shows Effective Therapeutic Efficacy for Cerebral Microinfarcts
发表期刊：《Advanced Materials》
成果介绍
n（NGF）合成及治疗CMI的示意图
1、合成具有控释能力和延长循环时间的n（NGF）
根据透射电子显微镜成像，n（NGF）呈球形，平均直径为30 nm。为了研究n（NGF）中NGF的释放曲线，将n（NGF）在37°C下在大鼠血清中孵育一周。NGF的活性在孵育过程中持续下降。对于n（NGF），40%的NGF在24小时内释放，并且在随后的6天孵育中，NGF的总活性没有显著变化。
图1 n（NGF）的表征和n（NGF）的神经元对OGD/R诱导的损伤的保护
2、n（NGF）在减轻氧化应激、保护神经元免受OGD/R损伤和抑制小胶质细胞激活方面的作用
研究人员首先利用人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞评估了神经生长因子（NGF）及其聚合物配方（n（NGF））减轻氧化应激的能力。通过氧-葡萄糖-剥夺-再氧合（OGD/R）实验，发现NGF和n（NGF）处理的细胞显示出较低的荧光信号，表明它们能有效减少活性氧（ROS）的产生，从而保护神经元。Wb分析进一步证实，NGF和n（NGF）能够上调TrkA的磷酸化，激活Akt，抑制NF-κB的核转位，降低促炎细胞因子IL-6和TNF-α的mRNA水平，并下调TLR4的表达，协同抑制Akt/NF-κB促炎途径。这些结果表明n（NGF）能有效抑制小胶质细胞的活化，发挥抗炎作用，可能有助于减轻与微梗死相关的神经炎症。
图2 n（NGF）对抑制小胶质细胞活化和神经炎症的影响
3、n（NGF）向大脑的有效递送以及神经元保护、抑制神经炎症和逆转微梗死诱导的认知障碍的功效
通过体内荧光成像技术，研究人员检查了NGF和聚合物配方的NGF（n（NGF））在小鼠体内的生物分布情况。结果显示，在给药24小时后，接受n（NGF）的小鼠在大脑和脊柱中有显著的n（NGF）积累，而接受天然NGF的小鼠则显示出几乎可以忽略的荧光信号，这与天然NGF短半衰期的特性相符。进一步分析发现，n（NGF）在大脑中的荧光强度在24小时内是天然NGF的三倍，且在大脑和脊柱中的荧光强度比天然NGF高数倍。使用光片荧光显微镜（LSFM）进行的3D重建图像显示，与天然NGF相比，n（NGF）在脑实质中的分布更为广泛，且在脑实质中的荧光强度更高。此外，n（NGF）在大脑中的分布与Iba1阳性活化小胶质细胞标记的病变区域高度共定位，表明n（NGF）能更有效地递送到大脑，并可能在神经炎症区域发挥作用。
图3 Pt@LF的体外靶向性和渗透能力
在脑微梗死手术后2小时通过静脉注射NGF或n（NGF）（2.5mg/kg），结果显示n（NGF）在神经元保护方面具有显著效果。脑切片免疫标记显示，微梗死区域缺乏NeuN阳性神经元（绿色），而被Iba1阳性活化的小胶质细胞簇（红色）占据。使用NGF或n（NGF）治疗的小鼠微梗死面积更小，Iba1阳性小胶质细胞数量减少。n（NGF）治疗显著降低了病灶负荷，即总病灶面积占对侧特定大脑区域的百分比。具体来说，n（NGF）治疗将同侧区域的病变负担从7.4%降低到3.16%，皮层从11.5%降低到3.3%，海马从10.1%降低到2.6%，皮层下从8.5%降低到3.3%
图4 n（NGF）治疗减轻了病变负荷和神经元凋亡
用n（NGF）处理的CMIs小鼠在同侧半球区域显示Iba1小胶质细胞显着减少。促炎性小胶质细胞（CD16）的百分比在同侧半球区域从53.7%下降到22.3%，在皮层中从21.1%下降到7.4%，在海马体中从15.6%下降到5.9%，在皮层下从9.0%下降到2.8%，分别。同时，同侧半球区域的抗炎小胶质细胞（CD206）从的9.2%增加到28.8%，皮层的8.9%增加到16.9%，海马体的6.5%增加到26.6%，皮层下层的6.1%增加到23.1%。本研究共同表明，n（NGF）不仅减轻了小胶质细胞的激活，还促进了它们的抗炎极化，从而在微梗死诱导后提供进一步的神经保护作用。
图5 n（NGF）处理减少了小胶质细胞活化和炎症极化
为了进一步揭示n（NGF）的作用机制，进行了同侧半球mRNA测序。比较对照组、NGF处理组和n（NGF）处理组小鼠的差异表达基因（DEGs）。GSEA显示，n（NGF）处理后缺氧和细胞凋亡途径负富集（归一化富集评分（NES）<0;调整后P<0.05）。其他与细胞凋亡和免疫炎症过程相关的通路，包括涉及PI3K、TNFα和INFα/β通路的通路，在用n（NGF）处理后也呈负富集。相比之下，NGF的治疗导致这些途径的显着变化。一致地，基因本体论（GO）网络显示ROS、氧化应激、神经元凋亡过程和免疫炎症反应是高度丰富的功能簇。这些结果表明，n（NGF）通过缓解氧化应激、缓解神经元凋亡和减轻神经炎症的多途径发挥其治疗作用。
图6 n（NGF）处理后CMIs小鼠模型大脑的转录组变化显示抗细胞凋亡和抗炎功能
最后，研究了n（NGF）在逆转微梗死诱导的认知障碍方面的疗效，其中使用CMIs小鼠模型检查了微梗死背景下的运动、焦虑和认知。通过旋转试验、握力试验、旷场试验和倒格悬吊试验评估体能。假手术组、对照组和NGF或n（NGF）组在旋转试验和倒格悬架试验中下降潜伏期、旷场试验中移动的距离和速度以及握力试验中前肢的握力没有显着差异，表明微梗塞和治疗对体能没有显着影响。然而，n（NGF）治疗的小鼠花费了更多的时间探索中心，表明n（NGF）有效地降低了微梗塞诱导的焦虑水平。使用新型的物体识别测试来检查认知功能。相比之下，n（NGF）治疗的小鼠花费更多时间探索新物体，这表明n（NGF）有效逆转了微梗死诱导的认知障碍。
图7 改善用n（NGF）治疗的CMI小鼠的认知功能
总
结
本研究主要探讨了一种新型治疗方法，即使用能够穿过血脑屏障的聚合物配制的神经生长因子（NGF），来治疗脑微梗死。研究显示，这种治疗方法能有效减少氧化应激和神经元凋亡，重塑梗死部位的小胶质细胞极化，并降低整体微梗死负担，从而在小鼠模型中显著改善行为和认知功能。这项工作为治疗脑微梗死和其他神经退行性疾病提供了一条新的策略。
文章来源：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202412843?saml_referrer
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