阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是以認(rèn)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(gè)家庭。

據(jù)國際阿爾茨海默病協(xié)會(huì)近日發(fā)布的《2021年世界阿爾茨海默病報(bào)告》顯示，全世界有5500多萬人患有認(rèn)知癥。隨著每天的增長(zhǎng)，這一數(shù)字將變得更加驚人，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到7800萬。

遺憾的是，面對(duì)數(shù)字不斷增長(zhǎng)的發(fā)病人群，科學(xué)家對(duì)這種復(fù)雜疾病的病因仍所知甚少，針對(duì)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(diǎn)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(jī)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(diǎn)。雖然已經(jīng)有一些藥物對(duì)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(tuán)隊(duì)將目光聚焦到更深層更基礎(chǔ)的阿爾茨海默病發(fā)病機(jī)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。”天津大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院納米生物醫(yī)學(xué)研究所所長(zhǎng)常津教授向《中國科學(xué)報(bào)》表示。

一方面，大腦活動(dòng)對(duì)氧氣的需求大，線粒體在耗氧供能過程中會(huì)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(huì)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(jī)體自身的抗氧化酶含量會(huì)隨阿爾茨海默病進(jìn)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(jī)制都會(huì)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(jī)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(duì)抗氧化應(yīng)激作為突破口，進(jìn)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(jī)制比較復(fù)雜且相互影響，又涉及多種通路，單一靶點(diǎn)的藥物治療忽略了機(jī)制間的相互作用，強(qiáng)制激活或抑制某一靶點(diǎn)又可能會(huì)帶來副作用，很難有效控制阿爾茨海默病的進(jìn)展。

而抗氧化劑在對(duì)抗氧化應(yīng)激的同時(shí)會(huì)對(duì)其他相關(guān)發(fā)病機(jī)制產(chǎn)生積極地影響，且作用效果相對(duì)溫和，具有提高療效、減輕副作用的優(yōu)點(diǎn)。因此，抗氧化介導(dǎo)的多靶點(diǎn)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(duì)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(jìn)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(hù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)免受外界損害的同時(shí)限制了大多數(shù)藥物的入腦轉(zhuǎn)運(yùn)，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(dá)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(diǎn)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(shí)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(tuán)隊(duì)聯(lián)合天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院研究團(tuán)隊(duì)終于構(gòu)建了一種可高效穿過血腦屏障的抗氧化多靶點(diǎn)納米藥物PTCN。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“捷報(bào)”連連

為了驗(yàn)證新型納米藥物PTCN的具體效果，研究團(tuán)隊(duì)展開了一系列的實(shí)驗(yàn)。

研究團(tuán)隊(duì)首先通過體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證明了PTCN具有兩大功能。一是小鼠腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，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(shí)生物電鏡等技術(shù)證實(shí)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(lán)納米顆粒的抗氧化作用，有效清除活性氧。

然后，研究團(tuán)隊(duì)通過細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)PTCN具有較低的細(xì)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(xì)胞存活率，發(fā)揮抗氧化應(yīng)激和神經(jīng)保護(hù)作用。

在小鼠體內(nèi)研究方面，研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)不同病程的氧化應(yīng)激水平設(shè)計(jì)梯度給藥策略，針對(duì)早期和晚期分別進(jìn)行預(yù)防和治療實(shí)驗(yàn)。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(rèn)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(huì)顯著抑制炎癥并輕度抑制神經(jīng)元凋亡，而在晚期，PTCN會(huì)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。”常津指出，通過PTCN梯度給藥策略能實(shí)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(gè)性化藥物，同時(shí)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(cè) (常津供圖）

體內(nèi)預(yù)防和治療實(shí)驗(yàn)的行為學(xué)和海馬體積檢測(cè) (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(dòng)物模型的治療性實(shí)驗(yàn)開始，到2021年終于做出成果，常津及團(tuán)隊(duì)成員用了3年時(shí)間終于“孕育”出PTCN。

做出這項(xiàng)成果并不容易。2019年12月初，研究團(tuán)隊(duì)購入大批量APP/PS1小鼠準(zhǔn)備開始進(jìn)行動(dòng)物水平的預(yù)防性實(shí)驗(yàn)，按照實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，需要對(duì)低月齡小鼠連續(xù)給藥3個(gè)月。不幸的是，在2020年1月份新冠疫情暴發(fā)，“那時(shí)候我們剛開始給藥不到一個(gè)月，根據(jù)疫情防控要求，非必要不出行、學(xué)生暫時(shí)不能返校，這應(yīng)該是我們遇到的最困難的處境。”提及研究中的往事，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(jìn)入動(dòng)物飼養(yǎng)單位進(jìn)行給藥。直到2020年6月，學(xué)生才順利返校，而此時(shí)小鼠周齡已不符合實(shí)驗(yàn)要求，只能再次重新購買小鼠，重新開展實(shí)驗(yàn)。

“我們?cè)谡n題進(jìn)展的各個(gè)環(huán)節(jié)都遇到過一些或大或小的難題，感謝團(tuán)隊(duì)成員齊心協(xié)力，共渡難關(guān)，才有了今天的成績(jī)?！背＝蚝芨兄x自己研究團(tuán)隊(duì)和科研搭檔的傾情付出。

應(yīng)用于臨床是此項(xiàng)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(duì)其他發(fā)病機(jī)制的宏觀作用結(jié)果進(jìn)行了評(píng)估，而對(duì)于通過何種途徑調(diào)節(jié)其它機(jī)制缺乏更詳盡的分子水平探究。接下來，我們將對(duì)抗氧化多靶點(diǎn)納米藥物在小鼠體內(nèi)的代謝分布、對(duì)阿爾茨海默病作用機(jī)制通路以及臨床轉(zhuǎn)化開展深入研究?！背＝蜃詈蟊硎?。（來源：中國科學(xué)報(bào)?倪偉波）

PTCN研究團(tuán)隊(duì)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(bào)