肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）是一種由運(yùn)動神經(jīng)元進(jìn)行性退化導(dǎo)致的致命疾病，其致病機(jī)制高度復(fù)雜，涉及多個基因和通路，給治療開發(fā)帶來巨大挑戰(zhàn)。

2025年1月5日，密蘇里大學(xué)Smita Saxena在Advanced Science 發(fā)表：Engineered GM1 Intersects Between Mitochondrial and Synaptic Pathways to Ameliorate ALS Pathology，揭示了工程化的GM1（以納米制劑TLN形式）能同時改善ALS中受損的線粒體功能和突觸連接。這項(xiàng)研究不僅揭示了漸凍癥發(fā)病的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，更帶來一種有望改變治療格局的新策略：安全、可口服、直擊病根。

為識別核心驅(qū)動機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合攜帶C9ORF72突變的人源iPSC運(yùn)動神經(jīng)元與C9orf72突變小鼠脊髓組織，開展跨物種蛋白質(zhì)組分析，發(fā)現(xiàn)突觸囊泡釋放障礙、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體應(yīng)激是保守的ALS病理特征并伴隨蛋白聚集與氧化應(yīng)激。基于此，研究評估了神經(jīng)保護(hù)分子GM1的治療潛力，并開發(fā)了其納米脂質(zhì)體新劑型Talineuren（TLN），顯著提升生物利用度。GM1可通過穩(wěn)定線粒體鈣調(diào)控、改善能量代謝、緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、抑制蛋白聚集，恢復(fù)細(xì)胞蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)，在C9orf72和SOD1-G93A ALS小鼠模型中有效改善運(yùn)動功能并延長生存期。該研究揭示了細(xì)胞器功能紊亂在ALS發(fā)病中的核心作用，支持TLN作為具有臨床前景的疾病修飾治療候選藥物。

圖一 一種基于納米顆粒的高效靶向遞送GM1至中樞神經(jīng)系統(tǒng)的方法

內(nèi)源性GM1是一種具有神經(jīng)營養(yǎng)和神經(jīng)保護(hù)作用的分子，天然存在于神經(jīng)細(xì)胞膜外層，但作為藥物使用時難以穿過血腦屏障（BBB）。研究發(fā)現(xiàn)，靜脈注射游離GM1后，其在大鼠血液中4小時內(nèi)達(dá)峰，約24小時清除；盡管腦組織中可檢測到一定水平（高于外周組織），但在腦脊液中幾乎無法檢出，說明其入腦能力極弱。為此，作者開發(fā)了一種名為TLN的納米脂質(zhì)體，將GM1嵌入由鞘磷脂和膽固醇構(gòu)成的穩(wěn)定雙層膜中，模擬其天然膜定位。該制劑粒徑均一（20–40 nm）、結(jié)構(gòu)完整、包封率達(dá)100%。動物實(shí)驗(yàn)顯示，與游離GM1相比，TLN靜脈給藥后腦內(nèi)GM1濃度提升近兩倍，顯著增強(qiáng)其穿越血腦屏障的能力；更值得注意的是，即使通過飲用水口服給藥72小時，也能有效提高小鼠腦內(nèi)GM1水平。這表明TLN不僅改善了GM1的遞送效率，還為非侵入性治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供了可行的新途徑。

圖二 TLN治療選擇性作用于線粒體和突觸相關(guān)過程

作者利用來自C9ORF72突變型ALS患者和健康對照的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）分化出運(yùn)動神經(jīng)元，研究疾病相關(guān)的分子異常及TLN治療的效果。

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結(jié)果：

突變神經(jīng)元存在明顯的代謝紊亂：線粒體相關(guān)通路（如TCA循環(huán)、氧化磷酸化）和DNA修復(fù)過度活躍，而突觸功能（如SNARE復(fù)合物）、蛋白質(zhì)折疊與降解系統(tǒng)則明顯受損。TLN能被神經(jīng)元高效攝取且在15 μg/mL劑量下表現(xiàn)出穩(wěn)定的神經(jīng)保護(hù)作用。更重要的是，TLN治療顯著逆轉(zhuǎn)了這些異常，抑制了過度活躍的代謝通路，同時恢復(fù)了突觸功能、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工能力和核糖體相關(guān)活動。具體來看，TLN降低了線粒體蛋白的異常高表達(dá)，提升了突觸蛋白（如PNKD）和轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子（如MAPK3K1、SMAD5）的水平，表明其有助于重建神經(jīng)元的正常功能。這些發(fā)現(xiàn)說明，TLN不僅有效進(jìn)入細(xì)胞，還能從多方面糾正C9ORF72突變引起的病理變化，具有潛在的疾病修飾治療價(jià)值。

圖三 TLN在腦和脊髓中高效攝取與蓄積

作者進(jìn)一步在ALS的臨床前小鼠模型中評估了TLN的治療潛力。為追蹤其在體內(nèi)的分布和靶向能力，他們將TLN與近紅外熒光染料DiR偶聯(lián)，通過靜脈注射給予小鼠，并在48小時內(nèi)每隔12小時進(jìn)行活體成像。

結(jié)果：

游離DiR因無法穿過血腦屏障，在腦和脊髓中幾乎無信號；而TLN-DiR則在整個48小時內(nèi)持續(xù)積累且在肝臟和脾臟之外，顯著富集于腦和脊髓組織。為進(jìn)一步驗(yàn)證其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的細(xì)胞定位，作者通過靜脈注射將DiI標(biāo)記的TLN注入小鼠體內(nèi)，48小時后取腦和脊髓進(jìn)行共聚焦成像。結(jié)果清晰顯示，TLN被神經(jīng)元高效攝取，熒光信號明顯強(qiáng)于對照組。陽性信號尤其集中在與ALS密切相關(guān)的區(qū)域：海馬CA1區(qū)、初級運(yùn)動皮層第V層以及腰段脊髓腹角的大型運(yùn)動神經(jīng)元。這些結(jié)果表明，TLN不僅能有效穿越血腦屏障，還能精準(zhǔn)靶向ALS關(guān)鍵病理區(qū)域的神經(jīng)元，為其作為潛在治療載體提供了有力證據(jù)。

圖四 TLN給藥顯著改善家族性ALS小鼠模型的運(yùn)動功能并延長生存期

在C9ORF72家族性ALS小鼠模型中，TLN治療顯著改善了運(yùn)動功能并延長了壽命。在小鼠出現(xiàn)癥狀后開始給予TLN，無論是通過靜脈注射還是更便捷的口服飲水方式，均能有效提升其在轉(zhuǎn)棒和懸掛測試中的表現(xiàn)，說明運(yùn)動協(xié)調(diào)性和肌肉力量得到增強(qiáng)。TLN不影響體重，但能防止典型的肢體抓握異常并明顯保護(hù)脊髓中的運(yùn)動神經(jīng)元。肌肉組織分析也顯示，TLN可減輕失神經(jīng)支配損傷，維持正常的肌纖維結(jié)構(gòu)和線粒體功能。最重要的是，TLN大幅延長了小鼠的生存期：雄性平均多活121天以上，雌性也顯著獲益。這些結(jié)果表明，TLN不僅能緩解癥狀，還能真正延緩疾病進(jìn)展，具有重要的治療前景。

本研究證實(shí)TLN能有效穿越血腦屏障，多靶點(diǎn)糾正ALS相關(guān)的線粒體缺陷、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和突觸損傷，顯著改善癥狀并延長生存期且支持口服給藥，已獲孤兒藥資格，為ALS治療提供了具有臨床轉(zhuǎn)化前景的新策略。

文章來源

https://doi.org/10.1002/advs.202514128

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