通过双重靶向血脑屏障和脑内蛋白实现抗体的高效脑部递送和持续滞留

《mAbs》：Efficient brain delivery and sustained retention of antibodies via dual targeting of blood–brain barrier and intra-brain proteins

　　

摘要：利用受体介导转胞吞（receptor-mediated transcytosis, RMT）策略（如转铁蛋白受体（transferrin receptor, TfR）介导的穿梭系统）已日益实现治疗性抗体向脑内的高效递送。此外，为克服TfR穿梭抗体从脑内快速清除的问题，增强脑内滞留的策略近来成为研究焦点。在此，研究人员提出一种新方法，将脑内蛋白（如髓鞘少突胶质细胞糖蛋白（myelin oligodendrocyte glycoprotein, MOG）、细胞黏附分子3（cell adhesion molecule 3, CADM3）和硫酸软骨素蛋白聚糖5（chondroitin sulfate proteoglycan 5, CSPG5））的结合用于脑内持续滞留，与血脑屏障（blood–brain barrier, BBB）蛋白（如TfR和胰岛素样生长因子1受体（insulin-like growth factor 1 receptor, IGF-1R））的结合用于增强BBB通透性相结合。小鼠药代动力学研究显示，抗MOG/TfR抗体在脑内达到更高的最大浓度，并在4个月内维持高于抗MOG抗体和抗TfR抗体的浓度。免疫组织化学和脑3D成像研究显示，抗MOG/TfR抗体分布至全脑，提示其穿透BBB并在整个脑实质中分布并被滞留。最后，该抗体技术被应用于脑啡肽酶（neprilysin, NEP）的脑内递送，NEP是一种降解淀粉样蛋白β的酶，结果表明该技术可增强潜在治疗分子的脑暴露及药效学作用。总之，通过结合BBB转运与增强脑内滞留来实现持续高脑暴露的概念具有广泛适用性。这一新型抗体技术平台有望在脑内高效递送并滞留多种治疗分子，从而应对中枢神经系统药物开发中的关键挑战。

论文解读：双重靶向血脑屏障与脑内蛋白实现抗体高效脑递送与持续滞留

中枢神经系统（central nervous system, CNS）疾病（如阿尔茨海默病）的治疗面临重大挑战，其中治疗性抗体向脑内的递送效率极低，主要障碍在于血脑屏障（blood–brain barrier, BBB）对抗体穿透的限制。近年来，受体介导转胞吞（receptor-mediated transcytosis, RMT）策略，如靶向转铁蛋白受体（transferrin receptor, TfR）的穿梭系统，已被证实在小鼠、非人灵长类及人类中可增强抗体的BBB转运。然而，经TfR途径进入脑内的抗体常因脑脊液/组织间液整体流、反向转胞吞及神经细胞内吞降解而迅速清除，难以维持长期脑内暴露。尽管靶向慢周转抗原（如淀粉样蛋白β斑块）的抗TfR抗体可通过靶点结合减缓脑清除，但对于周转快的抗原或无可结合脑内靶点的抗体，仍需额外策略以延长脑内驻留。已有研究尝试利用CD98重链（CD98hc）或髓鞘少突胶质细胞糖蛋白（myelin oligodendrocyte glycoprotein, MOG）结合以增强滞留，但长期（数月）脑内保留、CNS多组织分布、不同转运与滞留模块组合的通用性及治疗分子递送应用等问题尚未充分阐明。基于此，研究人员提出一种双重靶向策略：同时结合BBB转运蛋白（如TfR和胰岛素样生长因子1受体（insulin-like growth factor 1 receptor, IGF-1R））与脑内滞留蛋白（如MOG、细胞黏附分子3（cell adhesion molecule 3, CADM3）和硫酸软骨素蛋白聚糖5（chondroitin sulfate proteoglycan 5, CSPG5）），旨在实现高效BBB穿透与脑内持续高浓度暴露。该研究发表于《mAbs》。

研究人员首先在小鼠中评估了靶向TfR和MOG的双特异性抗体（抗MOG/TfR）的血浆与脑药代动力学（pharmacokinetics, PK）。通过表面等离子共振（surface plasmon resonance, SPR）测量各抗体的结合亲和力，静脉注射后于第1天至第112天动态检测血浆和脑浓度。结果显示，抗MOG/TfR抗体在脑内第1天即达到显著高于单一靶向抗体的浓度，并在长达112天内维持高脑暴露，累积脑暴露面积（AUC）远高于对照组。免疫组织化学（immunohistochemistry, IHC）和基于组织透明化的3D荧光成像显示，抗MOG/TfR抗体广泛分布于全脑实质，而仅靶向MOG的抗体主要分布至脑室周围区域，仅靶向TfR的抗体虽然初期全脑分布但迅速消失。组织分布研究表明，抗MOG/TfR抗体在脑、脊髓、视神经、嗅球和延髓等CNS组织中的浓度持续升高，而在肝、肺、肌肉、脾等外周组织无滞留，视网膜中也无蓄积，归因于MOG仅在少突胶质细胞表达，外周缺乏相应靶点。为进一步验证该概念的通用性，研究人员评估了IGF-1R作为转运分子以及CADM3和CSPG5作为滞留分子的组合。结果显示，同时结合TfR与CADM3或CSPG5的双靶向抗体在脑内的浓度显著高于单一转运或单一滞留抗体，表明该策略不仅限于TfR/MOG组合。最后，将该技术应用于脑啡肽酶（neprilysin, NEP）的脑递送。NEP融合抗MOG/TfR抗体在脑内维持更高浓度，并显著降低脑内淀粉样蛋白β1-40（Aβ1-40）水平，展示了其在治疗性分子递送中的药效学潜力。

主要关键技术方法包括：SPR测定结合亲和力；小鼠PK研究（采用C57BL/6J雄性小鼠，购自查尔斯河实验室日本公司）；IHC和3D荧光成像（组织透明化后光片显微镜观察）；多组织分布测定（包括脑、脊髓、视神经等CNS组织及外周组织）；NEP融合抗体构建与药效评价。抗体经静脉注射给药，脑和血浆浓度采用电化学发光免疫分析检测。

研究结果分述如下：

**血浆和脑药代动力学（靶向TfR和MOG的抗体）**：通过小鼠静脉给药（2 mg/kg）后动态监测，发现同时结合TfR和MOG的抗体（Bi MOG/TfR）较单一靶向抗体在脑内第1天浓度高约2倍，并持续至少112天；而仅抗TfR抗体在脑内快速清除。表明转运模块与滞留模块协同增加了脑内抗体暴露。

**脑内分布（IHC和3D成像）**：IHC显示Bi MOG/TfR抗体于第1天分布至全脑，第7天仍广泛留存于神经纤维区域；3D荧光成像证实该抗体全脑分布且第7天强信号持续，而仅抗TfR抗体信号消失。这说明双靶向克服了单一靶向的分布局限。

**组织分布**：在CNS组织（脑、脊髓、视神经等）中，Bi MOG/TfR抗体持续蓄积，而外周组织无滞留；免疫组化与定量分析共同验证了MOG介导的CNS特异性滞留。

**其他转运/滞留靶点的组合验证**：以IGF-1R为转运模块，与MOG组合；以CADM3或CSPG5为滞留模块，与TfR组合，均观察到脑浓度协同增强，验证了该双靶向策略的通用性。

**脑啡肽酶递送与药效**：NEP融合抗MOG/TfR抗体在脑内浓度更高，且显著降低脑内Aβ1-40水平，证明该平台能有效递送具有药理活性的酶分子并产生药效。

讨论中，研究人员指出，TfR介导的快速清除是抗TfR抗体脑暴露不足的原因，而MOG的极慢周转（6个月约14%残留）使其成为理想的滞留靶点。双靶向策略不仅补偿了抗MOG抗体初期低暴露和抗TfR抗体后期快速清除的缺陷，还通过CNS特异性表达实现外周副作用的最小化。对于CADM3和CSPG5，其脑内滞留效果弱于MOG，可能与其较快的周转速率有关。安全性方面，所用Fc段不结合Fcγ受体，因而不含效应功能，降低了MOG自身免疫风险。临床转化层面，MOG在人脑少突胶质细胞中高表达且半衰期长，该策略有望在人类中实现类似的协同效应。

研究结论：结合RMT蛋白结合以增强BBB转运和脑内蛋白结合以实现强效滞留的协同策略，能持续维持脑内高水平抗体浓度。该双重靶向策略有望有效递送并长期滞留多种治疗分子于脑内，为CNS药物开发提供了新的通用平台。