《Biomaterials》：A Tunable Brain-Targeted PEGylated Ginsenoside Rg1 Derivative Disrupts the ROS-Mediated Inflammasome-Pyroptosis Cascade to Ameliorate Alzheimer's Cognitive Deficits
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摘要氧化应激、神经炎症和细胞焦亡的致病级联反应是阿尔茨海默病（AD）发病和进展的核心驱动因素。尽管人参皂苷Rg1展现出多效性神经保护作用，但其较差的血脑屏障（BBB）通透性严重阻碍了其临床转化。为克服这一局限，本研究采用共价偶联策略构建了一种脑靶向递送系统，将纯化后的Rg1与
摘要
氧化应激、神经炎症和细胞焦亡的致病级联反应是阿尔茨海默病（AD）发病和进展的核心驱动因素。尽管人参皂苷Rg1展现出多效性神经保护作用，但其较差的血脑屏障（BBB）通透性严重阻碍了其临床转化。为克服这一局限，本研究采用共价偶联策略构建了一种脑靶向递送系统，将纯化后的Rg1与不同链长的罗丹明B修饰聚乙二醇（PEG）（Rg1s–PEG）进行连接。经筛选后，衍生物Rg1s–PEG-600被鉴定为在亲水隐形特性和空间位阻之间实现了最佳平衡，展现出增强的脑部蓄积和优异的生物安全性。在脂多糖诱导的急性神经炎症的体内外模型中，Rg1s–PEG-600减轻了活性氧（ROS）的积累，抑制了由NLRP1/3炎症小体介导的经典神经元焦亡，并显著改善了行为缺陷和突触丢失。此外，在慢性5xFAD转基因小鼠中，连续12周全身给予Rg1s–PEG-600显著逆转了空间记忆衰退、焦虑样行为和突触蛋白耗竭。机制研究进一步揭示，这种靶向纳米疗法不仅抑制了AD脑中的ROS-NLRP1信号轴及随后发生的神经元焦亡，还全面抑制了淀粉样蛋白生成和Tau过度磷酸化。本研究提供了一种有望突破血脑屏障限制、打断神经退行性疾病复杂病理网络的多靶点纳米治疗策略。
引言
阿尔茨海默病（AD）是一种中枢神经系统致死性、进行性神经退行性疾病，以隐匿性发病为特征。其主要临床表现包括认知功能逐渐衰退、空间学习与记忆丧失以及日常生活活动能力的进行性恶化[1], [2], [3], [4]。在全球人口老龄化的推动下，AD的发病率及其相关的社会经济负担持续快速上升[5]。目前，临床上尚无能够有效阻断或逆转AD病理进程的治疗药物；此外，传统单靶点治疗策略的临床转化仍然受到严重限制。因此，阐明AD的复杂发病机制并识别能够多靶点协同干预、特别是针对神经退变和突触重塑的核心治疗策略，具有重要的临床意义，仍然是神经科学研究的关键优先事项。
新兴证据表明，慢性神经炎症和氧化应激在中枢神经系统中相互交织、协同放大，构成了驱动AD发生和进展的核心致病级联[6], [7], [8], [9], [10]。特别是，由含核酸结合寡聚化结构域样受体吡环结构域蛋白1（NLRP1）和3（NLRP3）炎症小体介导的经典焦亡通路已被鉴定为导致AD脑中出现大量神经元丢失和突触可塑性崩溃的关键病理轴[11], [12], [13], [14]。在致病因子刺激后，活性氧（ROS）的过度积累作为主要起始信号，强烈触发NLRP1/3、凋亡相关斑点样蛋白（ASC）和前体caspase-1组装为活性炎症小体复合物[15], [16]。该组装驱动caspase-1的自身裂解和激活。激活的caspase-1随后促进白介素-1β（IL-1β）等促炎细胞因子的成熟和释放，并特异性切割焦亡执行蛋白gasdermin D（GSDMD）[17], [18]。该切割释放N端片段（GSDMD-N），其寡聚化形成神经元膜孔，导致膜破裂、细胞内容物泄漏和胞内促炎因子的大量释放[19], [20], [21]。该焦亡级联加剧局部炎症风暴，严重破坏突触后致密蛋白95（PSD-95）和突触囊泡蛋白synapsin（SYN）的稳定表达，最终导致严重的认知障碍[22], [23], [24], [25]。关键在于，氧化应激、神经炎症和焦亡这一恶性循环与β-淀粉样蛋白（Aβ）毒性和病理性Tau过度磷酸化因果交叉，共同构成了AD底层的高度复杂致病网络。
天然产物凭借其固有的多靶点药理学调节能力，为全面干预AD等多因素疾病提供了有前景的途径[26]。人参皂苷Rg1（Rg1）是传统中药人参的主要生物活性成分，因其多效性神经保护作用而备受关注，包括强效抗氧化和抗炎活性、减轻神经元损伤以及促进突触修复[27], [28], [29], [30], [31], [32]。然而，其高亲水性和快速的体内代谢及全身清除，导致其血脑屏障（BBB）穿透能力极差。由此产生的可忽略不计的脑部蓄积和有限的生物利用度严重限制了其体内疗效和临床转化。为克服这一药理学瓶颈，整合纳米递送技术或聚合物表面修饰以增强理化屏蔽和脑靶向效率已成为一种高度有效的方法[33]。例如，聚乙二醇（PEG）化显著增强了药物在血液中的亲水"隐形"特性，有效逃避网状内皮系统的清除并延长血浆半衰期[34], [35], [36]。同时，与罗丹明B（RB）等荧光标记物的偶联不仅赋予递送系统优异的用于精确分子追踪的光学特性，还通过精细调节聚合物外壳来优化材料的流体力学尺寸，从而显著改善血脑屏障转胞作用[37], [38], [39], [40], [41], [42], [43]。因此，尽管Rg1具有多靶点抗AD潜力，但通过先进的纳米递送和PEG化策略克服其药代动力学局限对于最大化中枢疗效和促进临床转化至关重要。
在本研究中，我们通过脱水缩合构建了一种具有优异脑部蓄积和固有荧光标记特征的靶向Rg1纳米载体系统（Rg1s–RB-PEG）。对这些构建体的理化性质进行了全面表征，以筛选出在亲水隐形屏蔽和空间位阻之间实现最佳平衡的候选递送材料。随后，利用体内脂多糖（LPS）诱导的急性神经炎症小鼠模型和体外HT-22海马神经元损伤模型，我们深入探讨了该靶向纳米疗法通过阻断病理性的ROS–炎症小体–焦亡级联来阻止急性神经元损伤的直接保护效能。此外，将最优候选构建体全身给予3月龄5xFAD转基因小鼠——一种高度验证的慢性体内AD模型——连续12周。系统评估了该构建体在改善空间学习和记忆缺陷及突触重塑障碍方面的核心疗效。在分子水平上，我们阐明了其拮抗致病性Aβ生成通路和病理性Tau过度磷酸化的协同拮抗机制。最终，本研究旨在为突破血脑屏障限制提供先进的设计策略和有力的体内证据，从而促进新型多靶点纳米疗法的发展。
章节片段
脑靶向Rg1s–RB–PEG衍生物的合成与表征
为增强人参皂苷Rg1（Rg1）的脑靶向递送效率，首先对化合物进行了纯化。然后通过脱水缩合，将纯化后的Rg1s与不同分子量的罗丹明B修饰PEG（RB–PEG400/600/1000-COOH）进行偶联，成功合成了三种不同的Rg1s–PEG-COOH衍生物（图1A）。体内荧光成像（图1B）、离体器官分布检测（图1C）以及分离脑组织的定量荧光分析（图1
讨论
人参皂苷Rg1是一种具有多重神经保护活性的天然产物[44]。然而，其高亲水性和缺乏特异性脑靶向能力导致血脑屏障穿透效率低下，这构成了其临床转化的主要瓶颈。为解决这一问题，我们通过将Rg1与罗丹明B修饰PEG链共价偶联，构建了Rg1s–RB–PEG纳米递送系统。一致的体外和体内表征及成像结果表明
结论
总之，我们开发了一种具有较高血脑屏障通透性和良好全身生物安全性的脑靶向人参皂苷Rg1衍生物（Rg1s–PEG）。在LPS诱导的急性神经炎症和神经元损伤模型中，Rg1s–PEG有效清除了ROS，抑制了NLRP1/3炎症小体组装，并抑制了GSDMD介导的神经元焦亡，从而保护了突触完整性并挽救了认知功能障碍。在5xFAD转基因小鼠中，Rg1s–PEG深刻打断了恶性循环
统计分析
所有分析数据以均值±标准差表示。组间差异采用单因素方差分析（ANOVA）后结合Dunnett-t检验确定。p值：（*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001，****p < 0.0001。
CRediT作者贡献声明
钱雨路：可视化、验证、方法学、调查。张贵阳：写作 – 审阅与编辑，写作 – 原始稿件，监督，概念化。李伟祖：写作 – 审阅与编辑，写作 – 原始稿件，监督，资金获取，概念化。朱星：写作 – 原始稿件，方法学，调查，形式分析，概念化。梁浩宇：验证，监督，方法学，调查。范雷：验证，方法学，调查。
伦理批准
所有动物实验均经作者所在单位动物伦理委员会（编号：LLSC20242449）和中国安徽医科大学动物实验伦理委员会批准。
数据可用性声明
支持本研究结果的数据可从通讯作者处合理请求获取。
竞争利益声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到自然科学基金安徽省（编号：2208085MH219；2408085MH196）的资助。
朱星|梁浩宇|范雷|鲍金瑶|刁富杰|钱雨路|张贵阳|李伟祖
