一种水溶性β-环糊精聚合物能够在体外以及尼曼-皮克C型疾病小鼠模型中减少胆固醇积累和自噬功能障碍

《Carbohydrate Polymers》：A water-soluble β-cyclodextrin polymer reduces cholesterol accumulation and autophagy dysfunction in vitro and in Niemann-Pick type C disease model mice

NPC和AD中胆固醇失衡导致神经功能障碍，β-CDP通过增强胆固醇溶解能力及延长循环时间，在细胞和NPC小鼠中显示出更有效的降胆固醇和改善自噬功能，且安全性优于HP-β-CD。

　　胆固醇在人体中的积累和异常调控是多种神经系统疾病的重要诱因，其中尼曼-皮克病C型（NPC）和阿尔茨海默病（AD）便是典型的代表。这两种疾病都会导致大脑功能障碍和神经退行性变化，而这些变化可能与胆固醇代谢失衡密切相关。研究发现，胆固醇的异常积累不仅会干扰细胞膜的稳定性，还会影响细胞器之间的相互作用，特别是溶酶体与自噬体的融合过程，从而导致自噬功能紊乱。这种紊乱在NPC中尤为明显，因为NPC1或NPC2蛋白的缺陷使得胆固醇无法正常转运，最终在溶酶体中堆积。而在AD中，胆固醇的异常积累可能通过干扰自噬过程，影响β-淀粉样蛋白和tau蛋白的清除，进而加剧神经退行性病变。因此，寻找能够有效降低大脑中胆固醇水平并改善自噬功能的药物成为研究热点。

近年来，环糊精（Cyclodextrins, CDs）因其独特的分子结构和良好的生物相容性，逐渐被关注为一种可能的治疗药物。CDs是由淀粉经过特定酶促反应生成的环状寡糖，其内部的疏水性空腔能够结合多种药物分子，形成包合物，从而提高药物的溶解度、稳定性和生物利用度。其中，羟丙基-β-环糊精（HP-β-CD）因其在降低胆固醇方面的潜力而被广泛研究。然而，HP-β-CD在血液中的半衰期较短，容易被肾脏清除，这限制了其在临床中的应用。此外，高剂量使用HP-β-CD可能会引发肺部毒性、听力损伤等副作用，进一步影响其安全性。

基于上述背景，研究人员开发了一种新型的水溶性β-环糊精聚合物（β-CDP），它由多个β-CD分子通过缩水甘油（epichlorohydrin）交联形成。β-CDP具有更高的分子量和更长的血液循环时间，这使其在降低胆固醇和改善自噬功能方面展现出更大的潜力。同时，其较低的毒性可能使其成为更安全的治疗选择。为了验证这一假设，研究团队通过体外实验和体内实验评估了β-CDP在神经细胞和NPC模型小鼠中的效果。

在体外实验中，研究者使用了人类神经母细胞瘤细胞（SH-SY5Y）作为模型。这些细胞在使用U18666A处理后，会模拟胆固醇异常积累的病理状态。通过荧光染色和图像分析，研究团队发现β-CDP能够有效降低细胞内的自由胆固醇水平，其效果在某些浓度下甚至优于HP-β-CD。此外，β-CDP还表现出对自噬功能的改善作用，这在蛋白质表达水平上得到了验证。例如，LAMP1、p62和LC3-II等与自噬相关的蛋白在β-CDP处理后显著减少，表明其能够促进溶酶体与自噬体的融合，从而改善自噬功能。相比之下，HP-β-CD虽然也具有一定的胆固醇降低作用，但其在体外表现出较高的细胞毒性，尤其是在较高浓度下，对细胞的损伤更为明显。

在体内实验中，研究团队评估了β-CDP在NPC小鼠模型中的效果。NPC1基因敲除小鼠由于NPC1蛋白的缺失，表现出显著的胆固醇积累和肝脾肿大现象。通过每周一次的皮下注射，研究者发现β-CDP在降低肝脏中自由胆固醇水平方面优于HP-β-CD，即使在较低剂量下也能有效缓解肝肿大。此外，β-CDP的血液循环时间明显延长，这可能是由于其较大的分子量和聚合结构，使得其不容易被肾脏过滤，从而减少了肾排泄。这一特性对于减少药物的毒性具有重要意义。

为了进一步验证β-CDP的安全性，研究团队还进行了肺部和血液生化指标的评估。结果显示，与HP-β-CD相比，β-CDP在肺部的细胞毒性较低，且对肾功能和肝功能的损害也较小。这表明β-CDP在降低胆固醇的同时，对重要器官的损伤较小，具有更好的安全性。然而，研究者也指出，尽管β-CDP在体外和体内均表现出较低的毒性，但其对耳部的影响尚未完全明确，因此还需要进一步的研究来评估其是否会引起听力损伤。

此外，研究团队还探讨了β-CDP的物理化学特性，包括其分子量、粒径和分散指数。这些特性对于理解其在体内的行为至关重要。β-CDP的分子量约为115 kDa，粒径为23 nm，而其分散指数为0.34，表明其具有较高的均匀性和稳定性。这些特性使得β-CDP在体内能够更有效地与胆固醇结合，并在较长时间内保持其活性。相比之下，HP-β-CD的分子量较小，粒径约为1 nm，这使得其更容易被肾脏过滤和清除，从而导致需要较高剂量才能达到治疗效果。

研究还发现，β-CDP在体外对胆固醇的溶解能力显著优于HP-β-CD。通过将胆固醇与不同浓度的β-CDP或HP-β-CD溶液混合，观察其溶解情况，研究团队发现β-CDP在较低浓度下就能表现出较强的胆固醇溶解能力，这可能与其三维结构有关。这种结构不仅能够增强其对胆固醇的包合能力，还可能减少其对细胞膜的破坏，从而降低细胞毒性。这一特性使得β-CDP在治疗过程中更安全，同时也可能提高其在体内的疗效。

尽管β-CDP展现出良好的胆固醇降低效果和较低的毒性，但其在脑内的靶向性仍需进一步研究。由于AD和NPC的病理特征均与大脑中的胆固醇积累有关，因此将β-CDP有效递送至大脑是实现其治疗潜力的关键。研究者提出，未来可以探索通过调整分子量或引入脑靶向功能基团来提高β-CDP在脑内的分布效率。此外，还需要进一步研究β-CDP在不同组织中的代谢和排泄途径，以全面评估其在体内的行为。

总的来说，β-CDP作为一种新型的环糊精衍生物，其结构和特性使其在降低胆固醇、改善自噬功能和提高安全性方面展现出较大的潜力。相较于传统的HP-β-CD，β-CDP具有更长的血液循环时间、更高的胆固醇溶解能力以及较低的毒性，这使其成为治疗NPC和AD的有前景的候选药物。然而，为了进一步推动其临床应用，还需要更多的研究来验证其在脑内的靶向性和代谢特性，以及其在不同剂量和给药方式下的疗效和安全性。