促进脑卒中动物模型的神经系统修复 重大突破有望改变中风治疗模式

目前获批的中风治疗药物不能修复神经损伤，须在中风4.5小时内用药。加州大学的研究人员从硫酸软骨素蛋白聚糖在神经修复中的抑制作用机制入手，开发了一种能促进中风后神经修复和再生穿透瘢痕的潜在药物，在动物模型中成功修复缺血性中风造成的损伤，有望改变今后的中风治疗模式。

　　

中风是全球死亡和残疾的重要原因之一，但目前的治疗策略主要是神经保护性的而非修复性的，并且都受到狭窄时间窗的限制。“目前唯一FDA批准的治疗中风的药物并不能修复损伤，且必须在中风发作4.5小时内服用。”“大多数正在研究的疗法需要在中风发作的24-48小时内应用。如果一种产品能在中风症状出现一周后修复损伤，就会改变中风治疗的模式。”来自美国加州大学的研究人员在7月26日的《Cell Reports》杂志上发表了一项开创性的临床前研究，发现一种名为NVG-291-R的药物能够在严重缺血性中风的动物模型中修复神经系统，实现显著的功能恢复。药物分子靶点的基因缺失在神经干细胞上也表现出类似的效果。

背景

目前还没有FDA批准的药物可以修复中风造成的损伤。然而，中风后中枢神经系统的再生/可塑性潜力仍可能持续数周甚至更长时间，这可能为治疗提供延长的机会。潜在的修复过程包括轴突出芽生长和新生神经细胞发生。了解如何进一步刺激这些内源性机制以促进康复将有助于开发新的治疗干预措施。

早前的研究表明，新生的成神经细胞可能有助于中风后的功能恢复，尽管能存活成为成熟神经元的数量很少。中风能够刺激这一过程，但内源性反应不足。由于受损大脑中的恶劣环境，许多新生神经元能接近但不能侵入中风梗塞灶周围区域并与仍存活的神经细胞混合，新生神经元大多在 1 周内死亡。这表明需要能够增强新生神经元细胞存活和迁移的策略。

中风也能够在大脑中诱导轴突出芽。然而，在受损的哺乳动物中枢神经系统中并不足够。神经元和神经干细胞 (NSC) 的一个关键修复限制因素是称为硫酸软骨素蛋白聚糖 (CSPG) 的强效抑制性 ECM 分子。某些 CSPG 在脑或脊髓损伤 (SCI) 后的神经胶质瘢痕中大量上调。瘢痕中的 CSPG 限制了再生，也严重抑制了病灶周边的潜在神经可塑性。CSPGs 也被认为会减少祖细胞进入髓鞘再生和多发性硬化症 (MS) 病灶的途径。

在中风模型中通过靶向注射软骨素酶 ABC (ChABC) 到脊髓进行治疗，已经获得令人鼓舞的结果，但由于酶的局限性使得作用范围有限。为了克服天然软骨素酶 ABC的局限性，一些实验室使用热稳定形式的、或病毒介导的软骨素酶制剂，在中风和脊髓损伤模型中显示出成功的长期和/或广泛递送和疗效，尽管直接体内给药的潜在并发症仍然存在。但尚未研究 CSPG-PTPσ 信号传导是否可能在中风等大损伤中发挥作用。

研究亮点

跨膜受体蛋白酪氨酸磷酸酶-σ (PTPσ) 已被确定为 CSPGs 抑制作用的主要受体。为了在大范围内调节硫酸软骨素蛋白聚糖介导的抑制，研究人员使用全身性药物，可以在存在任何进化病变的情况下阻断硫酸软骨素-糖胺聚糖 (CS-GAG) 与该受体的相互作用，而无需直接刺穿 CNS 实质。他们专门设计了一种细胞内 sigma 肽 (ISP)，模拟PTPσ 调节楔形区的肽模拟物，带有 TAT 结构域以促进穿透膜和CNS 。ISP 对 PTPσ 具有非常高的特异性。

在研究中，通过在基因和药理学上限制硫酸化蛋白聚糖的抑制特性，作者研究了 CSPGs 对两种主要神经修复机制的不利影响——包括轴突出芽和新生成神经细胞以及在中风后的迁移。科学家们通过多种技术方法明确了以下：1）CSPGs 在中风后的胶质瘢痕中上调，表明 CSPGs 可能在中风恢复中发挥作用；2）CSPGs 在神经球培养物中表达并在体内的脑室下区 (SVZ) 中富集，表明CSPGs 可以在 SVZ 中成体神经干细胞的调节中发挥作用，证实CSPGs 在神经元迁移和轴突生长中的调节作用；3）抑制 CSPG-PTPσ 信号传导导致 SVZ NSC 分化神经元的神经突生长增加；4）CSPG-PTPσ抑制导致在外源性CSPGs存在下NSCs迁移增强；5）ISP 通过调节 ERK 通路和基质金属蛋白酶 2 (MMP2) 的产生来介导成人 NSC 的迁移增强；6）中风后 ISP 治疗可增强 DCX +成神经细胞向中风病灶中心的数量和迁移；7)ISP抑制CSPG-PTPσ信号可促进轴突出芽；8）ISP 治疗改变了中风周围皮层内的基因表达谱；9）中风后 1 或 7 天后进行 ISP 治疗能促进功能恢复

结果：在成年大鼠急性脊髓挫伤后全身给药，ISP 能迅速进入中枢神经系统，并导致显著的轴突出芽，感觉运动和膀胱功能恢复；在多发性硬化症和脊髓损伤小鼠模型中给药还导致少突胶质前体细胞 (OPC) 的迁移、分化和髓鞘再生增强，和功能恢复。

作者评论

加州大学医学院分子遗传学和生物化学系副教授、该研究的资深作者Agnes (Yu) Luo博士说:“我们对数据显示的运动功能、感觉功能、空间学习和记忆的显著改善感到非常兴奋。”如果早期结果转化为临床应用，这种药物将是一个“重大突破”。但还需要对独立研究小组的结果进行进一步的研究和验证，以确定该药物是否同样有效地修复人类患者的缺血性中风损伤。NVG-291-R（即论文中的ISP，NervGen制药公司拥有全球独家使用权）是否能有效修复在动物模型和人类患者中因出血性中风而造成的损伤，还需要进一步的研究。“目前研究的大多数疗法主要集中在减少中风的早期损伤，我们的团队一直专注于将神经修复作为一种替代方案，现在已经表明，使用NVG-291-R治疗不仅能产生减少神经元死亡的神经保护作用，还能产生强大的神经修复效果。”

研究还发现，即使在中风发作7天后才开始治疗，这种药物也有效。“大多数正在研究的疗法需要在中风发作的24-48小时内应用。如果一种产品能在中风症状出现一周后修复损伤，就会改变中风治疗的模式。”

该研究的合著者、CWRU医学院神经科学教授Jerry Silver博士说，该研究表明，该药物通过至少两种途径修复损伤：创建新的神经元连接，以及增强来自神经干细胞的新生神经元向受损部位的迁移。“NVG-291-R增强可塑性的能力通过染色技术得到了证明，它清楚地显示出大脑受损部分轴突生长的增加。”“这种增强的可塑性是在脊髓损伤中使用NVG-291-R的强大机制的绝佳验证。”

NervGen制药公司获得了NVG-291（即论文中的ISP）的全球独家使用权，该药物目前也正在健康人体进行第一阶段临床试验。NervGen计划在2022年和2023年开展脊髓损伤、阿尔茨海默病和多发性硬化症的患者安全性和有效性试验。

这项研究得到了国家神经疾病和中风研究所的资助。

Journal Reference:

1. Fucheng Luo, Jiapeng Wang, Zhen Zhang, Zhen You, Alicia Bedolla, FearGod Okwubido-Williams, L. Frank Huang, Jerry Silver, Yu Luo. Inhibition of CSPG receptor PTPσ promotes migration of newly born neuroblasts, axonal sprouting, and recovery from stroke. Cell Reports,