華中大羅亮教授團隊《Adv. Mater.》：基于剛性共軛聚合物的多價納米抗體偶聯(lián)物用于阿爾茨海默癥多靶點治療
據(jù)《國際阿爾茨海默癥報告2022》報告顯示，阿爾茲海默癥（AD）在全球的患病率逐年增長，預計到2050年，患者人次將增加至1.5億以上，嚴重危害人類的健康。開發(fā)有效的AD治療策略已成為學術界及制藥工業(yè)的緊要任務，但仍面臨重重挑戰(zhàn)。首先，AD的發(fā)生和發(fā)展與大腦中的淀粉樣蛋白（Aβ）聚集密切相關，然而，目前已開發(fā)出的大多Aβ聚集抑制劑由于有限的特異性和效力導致臨床轉化前景欠佳。其次，越來越多的研究表明，在AD復雜的致病機制中，腦部病灶區(qū)的氧化應激微環(huán)境扮演著重要角色。最后，多靶點治療策略通常需要多個功能部件的復雜組裝，這將在很大程度上限制其在生理條件下的應用。
因此，華中科技大學生命學院羅亮教授/孟凡玲副教授課題組設計并開發(fā)了一種基于剛性共軛聚合物聚（deca-4,6-diynedioic acid）（PDDA）的多價納米抗體偶聯(lián)物，結合納米抗體工程和高分子材料體系實現(xiàn)對AD高效多靶點的治療和干預（圖1）。課題組前期利用納米抗體的序列可編程性、構象特異性及第三互補決定區(qū)（CDR3）與抗原的高親和力，設計發(fā)展了一系列工程化納米抗體用于淀粉樣蛋白的抑制（ACS Nano 2021, 15, 13319；Nanoscale, 2022, 14, 2802；Bioconjugate Chem., 2019, 30, 29–33）。本工作中， 研究人員將Aβ的淀粉樣變序列（33-GLMVGGVVIA-42）表達于人源化納米抗體的CDR3區(qū)以構建納米抗體NB。緊接著在NB的羧基末端融合表達人IL-1β具有免疫刺激但無炎癥活性的氨基酸序列（163-VQGEESNDK-171），制備了既可以通過同型相互作用抑制Aβ聚集，又能促進小膠質(zhì)細胞清除Aβ斑塊的納米抗體NBIL。進一步，將NBIL與PDDA共價連接得到多價納米抗體偶聯(lián)物PDDA-NBIL（PNBIL）以產(chǎn)生多價效應增強NBIL活性的同時，PDDA交替的炔-烴主鏈結構促使其能夠與ROS發(fā)生緩慢的氧化反應，賦予PNBIL長效清除ROS的性質(zhì)，有效緩解病灶區(qū)的氧化應激和炎癥反應，進而實現(xiàn)多靶點協(xié)同治療的策略。該研究成果于近期以“Multivalent Nanobody Conjugate with Rigid, Reactive Oxygen Species Scavenging Scaffold for Multi-Target Therapy of Alzheimer’s Disease”為題發(fā)表于《Advanced Materials》。
圖1. 多價納米抗體偶聯(lián)物PNBIL的制備及多靶點治療干預AD的示意圖。
在該研究中，作者發(fā)現(xiàn)PDDA能夠通過多價效應顯著提升NBIL（EC50 = 850 nM）結合Aβ的親和力近100倍（EC50 = 9 nM），進而有效增強NBIL抑制Aβ聚集、緩解Aβ神經(jīng)毒性和促進小膠質(zhì)細胞清除Aβ斑塊的效果。更為重要的是，作者發(fā)現(xiàn)與柔性支架聚丙烯酸（PAA）所介導的多價效應（EC50 = 83 nM）相比，PDDA的剛性主鏈結構通過影響NBIL的空間排列，表現(xiàn)出更為優(yōu)異的多價效果，進一步突出PDDA剛性主鏈結構的優(yōu)勢（圖2）。
圖2. 多價納米抗體偶聯(lián)物PNBIL結合Aβ親和力的表征。
同時，作者通過拉曼光譜、活性氧（ROS）清除實驗和細胞實驗充分證實了與NBIL共價偶聯(lián)后的PDDA仍能保留其獨特的交替炔-烴主鏈結構，并能夠在ROS存在的條件下發(fā)生緩慢地降解，位于1520 cm-1（C=C鍵拉伸）和2120 cm-1（C≡C鍵拉伸）處的拉曼特征峰分別在PNBIL與ROS孵育后的24 h和48 h降低15%和35%，充分表明PNBIL具有長效清除ROS的能力，進而有效緩解神經(jīng)細胞和小膠質(zhì)細胞的氧化應激，降低小膠質(zhì)細胞的炎癥反應，以及促進小膠質(zhì)細胞對Aβ斑塊的清除。
圖3. 多價納米抗體偶聯(lián)物PNBIL緩解氧化應激效果的表征。
最后，作者在海馬內(nèi)顯微注射Aβ和轉基因APPswe/PSEN1dE9（APP/PS1）兩種AD動物模型中均驗證了PNBIL能夠通過抑制Aβ聚集、緩解氧化應激、抑制炎癥反應和促進Aβ斑塊清除等作用改善AD模型小鼠的學習和認知障礙，為AD治療提供了新的思路。
圖4. 多價納米抗體偶聯(lián)物PNBIL改善AD模型小鼠學習和認知障礙的表征。
華中科技大學生命學院孟凡玲副教授和博士生趙麗媛為論文共同第一作者，羅亮教授為論文通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金（31900904、21877042）的資助。
此項工作是羅亮教授課題組在生物醫(yī)用共軛高分子材料方向的又一重要成果。羅亮教授團隊長期致力于共軛高分子材料的設計、制備及在生物醫(yī)學中的應用研究，對于如何賦予共軛高分子多功能性，促進其安全高效地應用于生物醫(yī)藥診療領域開展了系統(tǒng)深入的探究。近年來，先后發(fā)展高效靶向拉曼生物成像探針(Nat. Commun. 2020, 11, 81; Nano Lett. 2022, 22, 4544）、CT成像探針(Nat. Commun. 2022, 13, 2625)、熒光檢測探針(J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 20097)、化學發(fā)光探針(Adv. Mater. 2020, 32, 2004685）、可視化診療體系(Nat. Commun. 2019, 10, 4781; Nano-Micro Lett. 2021, 13,141; Nat. Commun. 2022, 13, 4553; Nat. Commun. 2022, 13, 6835）等，并探討了此類材料的可降解性與降解機制（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 10054; Chem. Eng. J. 2021, 417, 127890）。團隊研究工作交叉融合高分子材料學、生物醫(yī)學工程、醫(yī)學和藥學等學科，并積極推動相關的臨床應用轉化。
論文鏈接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202210879
