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为解决寡核苷酸药物穿越血脑屏障（BBB）及快速降低毒性蛋白的挑战，研究人员开发脑穿透性 DNA 纳米花结合寡核苷酸靶向蛋白降解嵌合体（Oligo-PROTAC）。以 FUS 为模型，证实其通过泛素 - 蛋白酶体通路降解 FUS，单次静脉注射可穿透 BBB 并持续降靶，为神经退行性疾病治疗提供新策略。
在神经退行性疾病的治疗领域，Frontotemporal dementia（FTD，额颞叶痴呆）和 Amyotrophic lateral sclerosis（ALS，肌萎缩侧索硬化）一直是极具挑战性的难题。这两种疾病不仅严重威胁人类健康，还存在着共同的病理特征 ——RNA 结合蛋白（如 FUS 和 TDP-43）的异常聚集。正常情况下，FUS 主要位于细胞核内，但致病突变会导致其错误定位并在细胞质中聚集，形成有毒的蛋白聚集体，进而引发神经元功能障碍和死亡。目前，针对这类疾病的治疗手段有限，传统药物难以有效穿越血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB），而寡核苷酸（Oligo）类药物虽有潜力，却面临着递送效率低和清除快等问题。如何突破血脑屏障，精准靶向并清除致病蛋白，成为该领域亟待解决的关键科学问题。
为了攻克这些难题，山东师范大学、山东大学等国内研究机构的研究人员开展了一项具有创新性的研究。他们开发了一种名为 FRONTAC 的新型治疗策略，将脑穿透性 DNA 纳米花与寡核苷酸靶向蛋白降解嵌合体（Oligo-PROTAC）相结合，旨在实现对 FUS 蛋白的特异性降解和高效脑递送。这项研究成果发表在国际知名期刊《Nature Communications》上，为神经退行性疾病的治疗开辟了新的方向。
研究人员在实验中运用了多种关键技术方法。首先，通过分子设计和化学合成构建了 FUS 特异性结合的 RNA Oligo-PROTAC，利用点击化学反应将 RNA 寡核苷酸与 E3 泛素连接酶配体（如 Cereblon 配体）偶联，形成能够诱导 FUS 泛素化降解的嵌合体。其次，采用滚环扩增技术制备了 DNA 纳米花，该纳米花携带数百个转铁蛋白受体（TfR）结合适体和 Oligo-PROTAC 结合序列，通过 TfR 介导的 transcytosis 机制实现血脑屏障的穿越。此外，研究中还运用了流式细胞术、免疫印迹、免疫荧光、质谱分析、动物体内成像等技术，系统评估了 FRONTAC 的靶向降解效率、体内分布、安全性和长期疗效。
工程化设计高效 FUS 结合寡核苷酸用于靶向蛋白降解
研究人员基于 FUS 识别 GGUG 基序的特性，筛选出高亲和力的 RNA 寡核苷酸，并通过串联重复 GGUG 基序进一步增强结合能力。通过点击化学合成 Oligo-PROTACs，发现 dFUS-E9C（含优化的 FUS-RNA#E9 和 Cereblon 配体）是最有效的 FUS 降解剂。实验证实，dFUS-E9C 通过形成 FUS-dFUS-E9C-CRBN 三元复合物，诱导 FUS 泛素化并通过蛋白酶体途径降解，其解离常数（Kd）为 60.54 nM，且不影响 FUS mRNA 水平，表明其作用机制为特异性蛋白降解而非转录调控。
dFUS-E9C 减轻 FUS 过表达诱导的线粒体损伤
在神经元样 SH-SY5Y 细胞模型中，dFUS-E9C 能够有效降解 FUS 过表达形成的细胞质聚集体，降低细胞内活性氧（ROS）水平，减少乳酸脱氢酶（LDH）释放，挽救线粒体膜电位（ΔΨm），从而改善线粒体功能并恢复细胞活力。这些结果表明，dFUS-E9C 通过降解异常聚集的 FUS，逆转了其诱导的神经毒性，为治疗 FUS 相关神经退行性疾病提供了细胞水平的机制验证。
dFUS-E9C 与 FUS 的 RGG2 和 RRM 结构域结合
通过 FUS 截短突变体和分子模拟分析，发现 dFUS-E9C 主要结合 FUS 的 RGG2 结构域，同时部分结合 RRM 结构域。RGG2 结构域中的精氨酸残基与 RNA 形成氢键，而 RRM 结构域的多个氨基酸残基也参与相互作用。关键碱基突变实验证实了这些结合位点的重要性，且 FUS 结合位点在人类和常见模型物种（如小鼠、大鼠、食蟹猴）中高度保守，使得 dFUS-E9C 在不同物种的细胞模型中均能有效降解 FUS，且对多种 FUS 致病突变体（如 P525L、R521C 等）同样有效，尤其偏好降解细胞质中的 FUS 聚集体。
TfR 结合 DNA 纳米花有效递送 dFUS-PS9C 穿越血脑屏障
为解决寡核苷酸的体内递送问题，研究人员设计了携带 TfR 适体的 DNA 纳米花（TfR-NF），通过碱基配对加载硫代磷酸酯修饰的 dFUS-PS9C（dFUS-PS9C），形成 FRONTACFUS。实验表明，TfR-NF 通过网格蛋白依赖的内吞作用被细胞摄取，且 TfR 缺失或氯丙嗪处理会显著抑制其摄取。FRONTACFUS 的粒径和 zeta 电位分析证实了有效加载，且在血清中的稳定性显著提高。体内成像显示，静脉注射后 FRONTACFUS 在 2 小时内即可到达脑实质，而对照纳米花（sc-FRONTAC）则无法穿透血脑屏障，证实了 TfR 介导的脑递送机制。
FRONTACFUS 在脑内快速降解 FUS 并显示持续疗效
单次静脉注射 FRONTACFUS 后，小鼠脑内 FUS 水平在 24 小时内显著降低，海马和皮层区域的 FUS 降解率超过 50%-70%，且降解效果持续两周以上。组织学分析显示，FRONTACFUS 未引起明显的神经炎症、神经元丢失或外周器官毒性，血液学和炎症因子检测也未发现显著异常，表明其安全性良好。此外，FRONTACFUS 对细胞质中的 FUS 聚集体具有优先降解作用，而对细胞核内的野生型 FUS 影响较小，这一特性可能减少对正常细胞功能的干扰。
讨论：FRONTAC 策略的创新性与治疗潜力
本研究开发的 FRONTAC 策略巧妙结合了寡核苷酸的分子识别能力和 DNA 纳米花的脑靶向递送特性，成功解决了传统 PROTACs 穿越血脑屏障的难题。与基因沉默疗法相比，Oligo-PROTAC 具有更高的特异性，仅降解目标蛋白而不影响 mRNA 水平，且对多种致病突变体有效。DNA 纳米花作为递送载体，不仅提高了寡核苷酸的稳定性，还通过多价 TfR 适体增强了脑内富集效率，避免了传统抗体介导递送的免疫原性和贫血等副作用。
该研究为 FTD、ALS 等神经退行性疾病提供了一种通用且高效的治疗策略，其核心优势在于模块化设计 —— 可通过更换靶向适体和 E3 配体，扩展至其他致病蛋白（如 TDP-43、Tau 等）的治疗。尽管目前研究基于动物模型，但其在体内的高效降解效果和安全性为临床转化奠定了坚实基础，有望推动靶向蛋白降解疗法在中枢神经系统疾病中的应用。
