口服给药穿过血脑屏障治疗老年痴呆

【字体: 时间:2013年12月11日 来源:生物通

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  在12月6日的Molecular Therapy杂志上发表的一项最新研究中,宾夕法尼亚大学的研究人员,发现了一种能够穿越血脑屏障和血视网膜屏障的方法。通过口服给药,可以使靶定老年痴呆症斑块的蛋白,穿过血脑屏障到达大脑,清除斑块。

  

生物通报道:身体的复杂结构能确保任何入侵微生物很难到达大脑——对生存至关重要的器官。由毛细血管形成的血浆与脑细胞外液间的屏障以及由脉络膜形成的血浆与脑脊液间的屏障,称为血脑屏障,除了非常小的分子,其它物质很难穿过这道屏障进入中枢神经系统。这道“封锁线”虽然有益,但是它也阻挡了神经系统疾病(例如老年痴呆症)治疗药物的传送途径。

在12月6日的Molecular Therapy杂志上发表的一项最新研究中,宾夕法尼亚大学的研究人员,发现了一种能够穿越血脑屏障和类似的眼部生理学障碍——视网膜血管屏障——的方法。将靶定神经元的受体,与一种能够降解老年痴呆症斑块主要成分的分子进行配对,生物学家们能够充分地溶解小鼠大脑和人脑组织中的这些神经斑块,为退行性疾病,同样也为其他包括大脑和眼部疾病的治疗,提供了一种潜在的机制。

研究人员在思考如何攻破血脑屏障时,开始了这项研究工作。Daniell假设,一个分子,如果它附着于一个能通过屏障的载体上,作为一个“分子交通指挥员”,那么它可能就可以穿过这个屏障。蛋白霍乱毒素B(CTB),是当前被FDA批准用于人类的一个无毒载体,被该研究用来穿越血脑屏障。

他们又发现了一种蛋白,能清除老年痴呆症患者大脑中发现的斑块。这些斑块,被认为能够引起疾病相关的痴呆,由淀粉样蛋白β(Aβ)——在健康人体以可溶形式被发现的一种蛋白——的缠结形成。他们指出,这种蛋白——人脑髓鞘碱性蛋白(MBP)已被证明能够降解Aβ链,研究团队决定将其与CTB结合在一起,以探究MBP是否能够通过屏障。

Daniell说:“我们知道,这些缠结的β淀粉样蛋白是老年痴呆症的问题所在。所以我们的想法是,将蛋白切碎到它们的正常大小,从而使其不能形成这些缠结。”

为了验证这个想法,首先,宾夕法尼亚团队将含有经遗传工程改造、表达这个融合蛋白的冻干叶片的胶囊,喂食给健康小鼠,使其暴露CTB-MBP化合物,这是由Daniell经多年发展的一种不同药物和疫苗口服给药的方法。研究人员将一个绿色荧光蛋白加到CTB载体上,可以通过追踪“光”,来发现小鼠在何处吸收这个蛋白。在小鼠大脑和视网膜中,他们都发现了这个发光的蛋白。

Daniell说:“当我们在大脑和视网膜中发现这个发光蛋白时,我们非常激动。如果蛋白能够穿过健康小鼠的血脑障碍,我们认为,它也可能穿过老年痴呆症患者的大脑,因为他们的血脑障碍有一定程度的受损。”

CTB不是融合蛋白的一部分,因此,他们没有看到这个表达,表明它们的载体蛋白——“交通指挥员”,是传送它们感兴趣蛋白的一个重要部分。

然后,为了探究MBP一旦到达大脑会做什么。Daniell和同事们,使已患老年痴呆症的小鼠大脑暴露CTB-MBP蛋白。他们利用一种结合到大脑斑块上的着色剂,发现暴露CTB-MBP化合物后,会导致着色降低60%以上,表明斑块正在溶解。

为了更加确信他们的化合物恰当地靶定了斑块,研究人员与国立卫生研究院合作,获得了死于老年痴呆症的人脑组织,进行了同样类型的着色实验。他们的结果表明,在下顶叶皮层——大脑的一部分,在老年痴呆症相关的痴呆发展中起重要作用——的着色有47%的降低。

作为最后一步,研究人员将含CTB-MBP的胶囊喂食给15月龄(等同于人类80岁或更大年龄)的老年痴呆症小鼠。经过3个月的喂食,小鼠海马体的Aβ斑块具有70%以上的减少,在皮层部位减少了40%以上,而含有无CTB-MBP添加的生菜叶片的胶囊喂食的小鼠,和没有用任何胶囊喂食的小鼠,都没有大脑斑块减少的证据。

因为在老年痴呆症患者的眼睛中也发现有斑块,研究人员检测了蛋白喂食小鼠的眼睛。他们发现,老年痴呆症小鼠的确有视网膜斑块,但是那些喂食CTB-MBP化合物的小鼠,在其视网膜中,检测不到Aβ斑块。

Daniell说:“真的没有人知道,是否老年痴呆症患者的记忆问题,是由痴呆或其眼睛问题引起的。在这里,我们指出,它可能是两者共同引起的,我们能够通过口服途径溶解斑块。”

Daniell希望这项穿过血脑屏障和血视网膜屏障传送蛋白的技术,可以用来治疗老年痴呆症之外的各种疾病。因为无法将药物传送到大脑,所以现在一些临床试验已经失败。目前,一些眼部疾病的治疗药物,必须通过注射渗入视网膜,这种途径需要麻醉,具有视网膜脱落的风险。通过一个可吸收的胶囊进行治疗,将更加的安全、容易和更划算。

下一步,Daniell希望与宾夕法尼亚大学的老年痴呆症专家合作,推动这些研究的进行,补充一个行为性成分,来确定是否CTB-MBP化合物不仅能消除斑块,还能提高老年痴呆症小鼠的记忆和机能。(生物通:王英)

生物通推荐原文摘要:
Oral delivery of bioencapsulated proteins across blood-brain and retinal barriers
Abstract:Delivering neuro-therapeutics to target brain-associated diseases is a major challenge. Therefore, we investigated oral delivery of green fluorescence protein (GFP) or myelin basic protein (MBP) fused with the transmucosal carrier cholera toxin B subunit (CTB), expressed in chloroplasts (bioencapsulated within plant cells) to the brain and retinae of triple transgenic (3xTg) AD mice, across the blood-brain and retinal barriers. Human neuroblastoma cells internalized GFP when incubated with CTB-GFP but not GFP alone. Oral delivery of CTB-MBP in healthy and 3xTgAD mice shows increased MBP levels in different regions of the brain, crossing intact blood brain barrier. ThioflavinS stained amyloid plaque intensity was reduced up to 60% by CTB-MBP incubation with human AD and 3xTgAD mice brain sections ex vivo. Amyloid loads were reduced in vivo by 70% in hippocampus and cortex brain regions of 3xTgAD mice fed with bioencapsulated CTB-MBP, along with reduction in the ratio of insoluble Aβ42 to soluble fractions. CTB-MBP oral delivery reduced Aβ42 accumulation in retinae and prevented loss of retinal ganglion cells in 3xTgAD mice. Lyophilization of leaves increased CTB-MBP concentration by 17-fold and stabilized it during long-term storage in capsules, facilitating low-cost oral delivery of therapeutic proteins across the blood brain and retinal barriers.

 

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