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项目文章PNAS(IF=9.1)|小胶质细胞中Aβ激活反馈机制的纳米免疫调节用于阿尔茨海默病治疗

　　阿尔兹海默症(Alzheimer's disease，AD)是一种常见的神经退行性疾病，其发病隐匿，进展缓慢，并伴有行为和认知功能障碍，是世界上最难治愈的疾病之一。脑内Aβ斑块沉积与炎症是阿尔兹海默症(AD)的重要病理特征，然而二者的分子生物学联系及共同影响AD病理进程的机制尚不清晰。

　　中国药科大学李苏昕教授团队发现：在病理条件下，脑内沉积的冗量Aβ通过线体粒损伤机制诱导小胶质细胞内cGAS-STING通路激活，引发系列炎症反应;而神经炎症又会进一步导致脑内Aβ摄取与清除失衡，加剧Aβ沉积，构成病理恶性循环。并在PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)发表题为Nano-immunomodulation of the Aβ-STING feedback machinery in microglia for Alzheimer’s disease treatment的论文。

　　

 

　　本研究阐释了Aβ造成线粒体损伤 - mtDNA泄漏 - cGAS/STING轴驱动神经炎症 - Aβ摄取与清除失衡的分子反馈机制。基于此提出一种Aβ-STING 协同免疫抑制疗法ASSIST(Aβ-STING Synergistic ImmunoSilencing Therapy)。其为一种可跨血脑屏障的纳米胶束制剂，竞争性地解聚 Aβ 斑块并防止再聚集，从而携带Aβ以低聚态的形式选择性地被小胶质细胞而非神经细胞吞噬;进入小胶质细胞后，释放STING抑制剂，阻断炎症信号，恢复Aβ清除的功能，并减少神经元损伤，协同改善认知障碍。

　　研究结果

　　| 制备了多价纳米胶束G-NP可有效解散Aβ聚集体、抑制单体聚集、促进Aβ被小胶质细胞摄取清除

　　

 

　　通过TEM、ThT荧光、FRET及CD光谱等多种实验手段，研究证实G-NP不仅能高效解聚Aβ聚集体，还能抑制Aβ单体的进一步聚集，从而从源头上减少Aβ斑块的形成。具体而言，G-NP中的GKLVFF肽段可特异性识别并结合Aβ聚集体，破坏其β-折叠结构，使其解聚为更易被清除的单体形式。与此同时，G-NP还能阻断Aβ单体的异常聚集，形成双重调控机制。通过共聚焦显微镜和流式细胞术，在单细胞和多细胞体系中验证了G-NP解聚Aβ聚集体后，能够显著提高小胶质细胞对Aβ的摄取效率。摄取后的Aβ与溶酶体高度共定位，并在24小时内几乎被完全降解，表明G-NP在促进Aβ的摄取和降解方面具有显著潜力。

　　| G-NP可过BBB到脑部发挥治疗作用，但效果有限

　　

 

　　通过体外Transwell 和体内荧光成像可知G-NP具备良好的入脑效果。G-NP尾静脉给药对AD小鼠进行治疗，发现其具有治疗作用，但存在一定的局限性，G-NP没有显著改善AD小鼠脑部的脑出血症状，这可以归功于G-NP不能有效改善小鼠脑部炎症环境，药效有限。

　　| Aβ激活cGAS-STING通路引起炎症反应

　　

 

　　AD患者转录组数据的生物信息学分析结果表明STING通路下游关键通路在AD患者脑组织中显著上调，提示该通路可能参与AD的病理进程。为验证这一发现，我们用Aβ处理的BV2小胶质细胞，实验结果显示，高浓度Aβ能够显著激活STING信号通路。进一步机制研究结果显示，Aβ通过诱导线粒体损伤，导致mtDNA泄漏至胞质，进而与cGAS结合并触发STING通路的级联反应。在5xFAD小鼠海马组织中p-STING、p-IRF3和p-TBK1的磷酸化水平显著升高，证实了STING通路在AD动物模型中的异常激活。

　　此外，在Aβ诱导的AD小鼠模型大脑皮层和海马组织中STING通路下游效应分子IFN-β以及趋化因子CXCL9和CXCL10的表达均显著上调，进一步支持了STING通路在AD中的广泛激活。本研究不仅揭示了STING通路在AD病理中的重要影响，还阐明了Aβ通过线粒体损伤-mtDNA泄漏-cGAS/STING通路轴驱动神经炎症的分子机制，为AD的精准治疗提供了新的理论依据和潜在干预靶点。

　　| ASSIST的制备及体外抗炎性

　　

 

　　为了增强G-NP治疗效果，我们在G-NP的基础上引入了STING抑制剂H151作为联合治疗药物。通过将H151包载于G-NP内部，成功制备了Aβ-STING 协同免疫抑制疗法(Aβ-STING Synergistic ImmunoSilencing Therapy - ASSIST)”的纳米药物疗法。ASSIST不仅保留了G-NP的解离Aβ聚集体、抑制Aβ单体聚集以及促进小胶质细胞吞噬Aβ的能力，还能够可控释放H151，从而有效抑制Aβ过量摄取所引发的STING通路激活，进一步减轻脑部炎症微环境。

　　| ASSIST抑制AD小鼠脑部STING通路，缓解炎症

　　

 

　　为了探究ASSIST对AD小鼠的治疗效果，本研究对Aβ造模的AD小鼠和5xFAD小鼠进行了静脉给药治疗，并通过qPCR和ELISA等实验发现，ASSIST能够显著抑制小鼠脑部STING通路的激活，并减少炎症因子的分泌，从而改善脑部炎症微环境。尼氏染色结果显示，ASSIST治疗显著减少了AD小鼠海马体和皮层区域的神经元损伤，进一步证实了其神经保护作用。

　　| ASSIST改善AD小鼠认知障碍

　　

 

　　本研究系统评估了ASSIST对5xFAD模型小鼠认知功能和脑部病理的改善作用。MWM、Y迷宫和筑巢实验等行为学表明，ASSIST显著改善了小鼠的长期记忆、短期记忆和认知能力，提高了小鼠日常行为能力。另外，ASSIST显著减少了脑内Aβ斑块的沉积，减低了淀粉样蛋白血管疾病(CAA)相关病理特征，改善了脑出血症状。

　　总结

　　综上所述，过量的Aβ会损伤小胶质细胞，引起mtDNA渗漏到胞质中，mtDNA与cGAS激活 cGAS-STING 级联反应，促使小胶质细胞分泌大量的炎症因子。严峻的炎症环境不仅会加剧神经炎症，还会影响小胶质细胞对Aβ 的进一步清除，形成了一个负反馈回路，本研究基于此设计了ASSIST纳米药物。

　　ASSIST 表面携带的GKLVFF能有效地破坏 Aβ斑块的稳定性并防止单体聚集，从而促进小胶质细胞而不是神经细胞吞噬Aβ，提高Aβ的清除。此外，小胶质细胞过量吸收Aβ会诱发的 STING 信号被ASSIST阻断，减轻了脑部炎症，恢复了小胶质细胞清除Aβ的功能，减少神经元多重损伤。ASSIST改善了AD小鼠认知障碍，提高了小鼠记忆能力，为AD的精准治疗提供了新的干预靶点和潜在的纳米药物策略。

　　本文用于实验的5月龄5×FAD转基因小鼠和2月龄野生型C57BL/6小鼠均由艾菱菲生物提供。

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