Science子刊：饱含神经保护蛋白的微囊泡可抑制Aβ聚集，提供了AD治疗新策略

2024-03-26 23:03

Bringing medical advances from the lab to the clinic.

关键词：记忆；进展；Science Advances

目前正处于阿尔茨海默病 (AD) 药物开发的关键时期，然而大多数已开发药物的临床失败率高达 99.6%，维鲁贝司他（Aβ分泌酶抑制剂）和索兰珠单抗（Aβ单克隆抗体）等药物未能改善患者认知障碍，主要归因于靶点抑制效果不理想、药物相关副作用和神经炎症等。因此，与传统药物疗法相比，迫切需要创新策略来开发有效的 AD 疗法。

多项研究表明小胶质细胞可以通过吞噬作用消除Aβ斑块，且还能释放细胞外囊泡（extracellular vesicles, EVs）以介导复杂且下调的通讯，发挥或有益或有害的作用，这些囊泡可以分为外泌体（exosomes，直径30至150nm）和微囊泡（microvesicles，本研究称为macrosomes，直径150至1000nm）。因此，阐明影响疾病发病机制的EVs成分对于神经系统疾病治疗干预措施的开发具有重要意义。

为此，来自中国科学院大连化学物理研究所卿光焱研究员、大连理工大学医学部刘波教授等团队合作在Science Advances杂志上发表了一篇题为“Secreted endogenous macrosomes reduce Aβ burden and ameliorate Alzheimer’s disease”的文章，他们通过提取小胶质细胞释放的不同类型的EVs，发现微囊泡包含多种重要的神经保护蛋白，可强烈抑制Aβ聚集并并改善AD小鼠的认知障碍。相比之下，外泌体发挥相反作用。

这些观察结果为AD的治疗提供了一种替代传统药物治疗的治疗策略。

主要研究结果

1.微囊泡可抑制Aβ聚集和及其介导的细胞毒性

研究者首先利用差速离心法从小胶质细胞中分离出外泌体和微囊泡，并利用淀粉样蛋白特异性染料ThT荧光测定研究两者与Aβ40共孵育条件下对Aβ40聚集的影响。与单独Aβ40孵育相比，用外泌体处理将Aβ40原纤维形成时间从42小时提前至32小时，相反，微囊泡处理则能完全阻止原纤维形成，即使在孵育时间超过70小时后也没有检测到ThT荧光的增加。这些结果表明，外泌体和微囊泡在预防Aβ聚集方面表现出显著差异，且微囊泡表现出治疗AD的潜力。

如果在SH-SY5Y细胞（神经退行性疾病研究的典型细胞系）中添加Aβ40共孵育48小时和72小时后，细胞活力分别为49.7±9.7%和44.7±9.4%，而加入微囊泡可将细胞活力在48小时和72小时后分别恢复至94.9±8.4%和86.3±1.3%，相反，外泌体无此效用。这一证据支持微囊泡可显著挽救Aβ40聚集引起的细胞损伤。

图1. 外泌体（small EVs）和微囊泡（macrosomes）的鉴定及它们对Aβ原纤维形成的影响。

2.微囊泡可改善AD小鼠的认知功能障碍

微囊泡在体外对Aβ40聚集的强烈抑制作用促使研究人员继续研究其对AD的治疗作用，于是他们持续4周每天对AD小鼠进行鼻饲微囊泡或外泌体，通过Morris水迷宫实验评估两种囊泡对小鼠学习和空间记忆的治疗效果。两组相比，用微囊泡处理的小鼠搜索平台所用的时间更短，提示微囊泡可在很大程度上挽救AD小鼠的认知和记忆缺陷。

图4. Morris水迷宫实验结果显示微囊泡（Macrosomes）可明显缩短小鼠寻找平台的时间。

对包括肝脏、心脏、肾脏和肺的苏木精和伊红染色显示这些主要器官都没有明显损伤，说明两种囊泡在当前治疗剂量下的使用是安全的。脑组织的Aβ 斑块免疫组织化学染色显示微囊泡治疗显著减少了Aβ阳性斑块的数量和大小，斑块变得更加松散，与此同时，CLEC7A+小胶质细胞相较于外泌体治疗组也更少，说明微囊泡在减少脑内Aβ积累可以减少小胶质细胞活化并防止过度炎症。

图5. 微囊泡可明显缓解AD小鼠脑内Aβ阳性斑块积累并减少活化小胶质细胞引发的炎症。

3.微囊泡改善上述表型的机制探究

微尺度热泳 (MST)是一种很适合量化蛋白质和囊泡之间相互作用的生物物理测定，通过这种方法，研究者发现Aβ40与微囊泡相互作用明显更强，提示微囊泡可能是通过限制Aβ单体的自由移动从而阻止其寡聚体和原纤维的形成。由于外泌体和微囊泡与Aβ40表现出不同的结合模式，促使研究者进一步探索两种囊泡在蛋白组成上的差异。

首先，研究者用胰蛋白酶将两种囊泡裂解并消化成肽，对Aβ40富集的肽进行液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）分析，最终从微囊泡和外泌体中分别鉴定出116和111种蛋白质，在这些蛋白中，膜联蛋白A1（ANXA1）已报道在Aβ清除中发挥作用，HSP90 (HSP90AA1)可阻止Aβ聚集。然而，与这些报道不同的是，它们在外泌体中的表达水平相对高于微囊泡中的表达水平，表明这两种蛋白对大体对Aβ40聚集的抑制作用没有贡献，而是微囊泡中的其他蛋白在发挥作用。

随后，研究者进一步分析了在微囊泡中发现的独特且高表达的蛋白质，SIL2B表达最为丰富，于是他们利用siRNA敲低其表达来研究其在 Aβ聚集或原纤维形成中的作用，结果显示SIL2B-siRNA细胞的微囊泡对Aβ40纤维形成的抑制作用大大降低。

编者按

虽然对AD病理学的理解取得了显著进展，但就临床治疗而言，仍然举步维艰。

近期曾被寄予厚望的礼来公司AD候选药物被美国FDA要求推迟评审、增加专家咨询环节，该产品顺利获批蒙上阴影的同时，也展示了FDA对已有研发药物的不确定。

本项工作发现源自小胶质细胞的微囊泡对Aβ聚集具有很强的抑制作用并能拯救细胞免于Aβ错误折叠诱导的死亡，同时还能显著减少AD小鼠Aβ 斑块并改善了认知障碍，这些功能都是基于微囊泡中含有多种神经保护蛋白。因此，微囊泡代表了一种有潜力的不同于传统药物治疗的策略。

然而，囊泡的产量低是限制其转化为临床实践的重大挑战，因此，通过物理、生物或化学手段等策略以提高EV产量是未来研究的关键。

参考文献：

【1】 Wang C, Yang Y, Zhang X, Shi Z, Gao H, Zhong M, Fan Y, Zhang H, Liu B, Qing G. Secreted endogenous macrosomes reduce Aβ burden and ameliorate Alzheimer's disease. Sci Adv. 2023 May 26;9(21):eade0293. doi: 10.1126/sciadv.ade0293.

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