AM | 北京化工大学卢云峰等团队构建能有效治疗脑微梗塞的神经生长因子递送的聚合物纳米平台

学术   2024-12-05 21:45   北京  

iNature

脑微梗死是老年人缺血性脑损伤最常见的形式,尤其是在患有痴呆、阿尔茨海默病和血管相关疾病的人群中,仍缺乏有效的治疗方法。

2024年11月27日,北京化工大学卢云峰、澳门大学苏焕兴、首都医科大学王伊龙、四川大学秦蒙共同通讯在 Advanced Materials 在线发表题为 Polymer-Formulated Nerve Growth Factor Shows Effective Therapeutic Efficacy for Cerebral Microinfarcts” 的研究论文。该研究报道了一种基于能够穿过血脑屏障的聚合物的神经生长因子新疗法,有效地降低了氧化应激和神经元凋亡,重塑了梗塞部位的小胶质细胞极化,并降低了总微梗塞负担,显著改善小鼠模型中行为和认知功能。该研究为治疗大脑微梗死和其他神经退行性疾病提供了一种新方法。

脑微梗死(CMI)是血管性认知障碍的关键神经病理学因素,在阿尔茨海默病患者、血管性痴呆患者甚至没有痴呆的老年人中均可观察到,患病率分别为43%、62%和24%。与表现为单侧无力或麻木、言语障碍和语言理解困难等独特症状的大面积梗死相比,微梗死在临床上往往被忽视。然而,其与脑血管疾病、认知能力下降和痴呆显著相关。此外,独立的微梗死可以合并,导致神经功能障碍、皮质梗死和严重中风。一项针对急性缺血性卒中患者的多中心登记研究表明,患有微梗死的患者比没有微梗死的患者更容易出现功能依赖或死亡。
微梗塞,病理特征为神经胶质或囊性病变,通常伴有神经元丢失,可出现在任何大脑区域,但尚不清楚其发生机制。研究表明,微梗死与脑小血管疾病(如脑淀粉样血管病、动脉硬化和血管壁炎症,以及年龄、高血压、微栓和糖尿病等流行病学因素。微血管阻塞是微梗死的主要原因,其限制了局部氧气和葡萄糖的供应,增加了氧化应激,并导致病变区域内的神经元损伤和细胞死亡。由此产生的细胞碎片,包括损伤相关的分子模式分子,将小胶质细胞吸引到梗死区,促使其转变为促炎表型。活化的小胶质细胞产生活性氧,释放蛋白酶,并分泌促炎细胞因子,如肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白细胞介素6(IL-6),通过促进外周白细胞浸润到受损部位来加剧神经炎症和损伤。

图1  n(NGF)治疗CMI示意图(摘自Advanced Materials 

目前的治疗策略侧重于管理危险因素,入抗高血压、抗血小板聚集、溶栓和降脂治疗、减少氧化应激和增强血液循环。此外,治疗痴呆的药物(如多奈哌齐、甘露他敏,卡巴拉和美金刚),以及减轻认知障碍的天然药物,尚未证明其能够缓解患者的神经精神症状或改善日常功能,仍缺乏治疗微梗死的有效手段。

神经生长因子(NGF)是神经营养因子家族的一员,对神经元的存活、发育和功能至关重要。NGF对神经元凋亡、小胶质细胞介导的炎症和脑缺血条件下的血管功能障碍具有广泛的保护作用。此外,NGF启动的信号转导还支持神经发生并改善脑血流。外源性NGF补充剂可减少缺氧缺血新生大鼠模型的梗塞体积,具备治疗微梗塞的潜力。然而,NGF的临床应用存在肌痛、注射部位的机械和热痛觉过敏、快速清除、生物分布差和无法穿过血脑屏障(BBB)等不良反应。为克服BBB,已进行脑室和鼻腔给药,但相关的药代动力学和生物分布研究仍然有限。此外,还探索了使用载体(如脂质体和纳米颗粒)进行NGF的静脉递送,但递送效率较差。

图2  n(NGF)的表征和对OGD/R诱导的神经元损伤的保护(摘自Advanced Materials 

该研究构建了一个将治疗性蛋白质高效递送到中枢神经系统(CNS)中的纳米平台,用于治疗脑肿瘤和脊髓损伤,作者应用该平台配制用于治疗微梗死的NGF。依赖于单体和交联剂的原位聚合,这些单体和交联剂在单个蛋白质分子周围富集,在每个蛋白质分子周围形成交联聚合物的薄壳,配制的NGF表示为n(NGF)。为将NGF递送到大脑,使用一种在结构上类似于胆碱和乙酰胆碱的单体2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱(MPC)。胆碱转运蛋白和乙酰胆碱受体广泛表达于脑毛细血管内皮细胞和中枢神经系统中,基于MPC的薄壳层有效地促进了胆碱转运蛋白和乙酰胆碱受体介导的n(NGF)向中枢神经系统的主动转运。为控制脑中NGF的释放,使用一种基于聚丙交酯的交联剂,这种交联剂在生理条件下易于水解,使得薄聚合物壳能够降解以在中枢神经系统中释放NGF。

NGF通过双重机制在大脑中发挥作用。首先,释放的NGF与神经元上的原肌球蛋白受体激酶A(TrkA)受体结合并磷酸化,促进核因子红细胞2相关因子2(Nrf2)的核易位,并上调抗氧化酶的表达。如血红素加氧酶-1(HO-1)是一种下游细胞内抗氧化酶,可有效抑制缺氧损伤诱导的神经元凋亡。同时,释放的NGF与小胶质细胞相互作用,磷酸化其TrkA受体,并启动下游蛋白激酶B(Akt)磷酸化,从而抑制促炎性核因子kappaB(NF-κB)的核易位并降低促炎细胞因子(如TNF-α和IL-6)的表达。促使小胶质细胞从促炎M1表型转变为抗炎M2表型,并降低小胶质细胞上toll样受体4(TLR4)受体的表达。总得来说,NGF有效地破坏了微梗死部位微环境中的炎症级联反应,对缺氧和缺血性损伤提供了良好的治疗结果。


参考消息:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202412843?saml_referrer

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