华中大罗亮教授团队《Adv. Mater.》：基于刚性共轭聚合物的多价纳米抗体偶联物用于阿尔茨海默症多靶点治疗
据《国际阿尔茨海默症报告2022》报告显示，阿尔兹海默症（AD）在全球的患病率逐年增长，预计到2050年，患者人次将增加至1.5亿以上，严重危害人类的健康。开发有效的AD治疗策略已成为学术界及制药工业的紧要任务，但仍面临重重挑战。首先，AD的发生和发展与大脑中的淀粉样蛋白（Aβ）聚集密切相关，然而，目前已开发出的大多Aβ聚集抑制剂由于有限的特异性和效力导致临床转化前景欠佳。其次，越来越多的研究表明，在AD复杂的致病机制中，脑部病灶区的氧化应激微环境扮演着重要角色。最后，多靶点治疗策略通常需要多个功能部件的复杂组装，这将在很大程度上限制其在生理条件下的应用。
因此，华中科技大学生命学院罗亮教授/孟凡玲副教授课题组设计并开发了一种基于刚性共轭聚合物聚（deca-4,6-diynedioic acid）（PDDA）的多价纳米抗体偶联物，结合纳米抗体工程和高分子材料体系实现对AD高效多靶点的治疗和干预（图1）。课题组前期利用纳米抗体的序列可编程性、构象特异性及第三互补决定区（CDR3）与抗原的高亲和力，设计发展了一系列工程化纳米抗体用于淀粉样蛋白的抑制（ACS Nano 2021, 15, 13319；Nanoscale, 2022, 14, 2802；Bioconjugate Chem., 2019, 30, 29–33）。本工作中， 研究人员将Aβ的淀粉样变序列（33-GLMVGGVVIA-42）表达于人源化纳米抗体的CDR3区以构建纳米抗体NB。紧接着在NB的羧基末端融合表达人IL-1β具有免疫刺激但无炎症活性的氨基酸序列（163-VQGEESNDK-171），制备了既可以通过同型相互作用抑制Aβ聚集，又能促进小胶质细胞清除Aβ斑块的纳米抗体NBIL。进一步，将NBIL与PDDA共价连接得到多价纳米抗体偶联物PDDA-NBIL（PNBIL）以产生多价效应增强NBIL活性的同时，PDDA交替的炔-烃主链结构促使其能够与ROS发生缓慢的氧化反应，赋予PNBIL长效清除ROS的性质，有效缓解病灶区的氧化应激和炎症反应，进而实现多靶点协同治疗的策略。该研究成果于近期以“Multivalent Nanobody Conjugate with Rigid, Reactive Oxygen Species Scavenging Scaffold for Multi-Target Therapy of Alzheimer’s Disease”为题发表于《Advanced Materials》。
图1. 多价纳米抗体偶联物PNBIL的制备及多靶点治疗干预AD的示意图。
在该研究中，作者发现PDDA能够通过多价效应显著提升NBIL（EC50 = 850 nM）结合Aβ的亲和力近100倍（EC50 = 9 nM），进而有效增强NBIL抑制Aβ聚集、缓解Aβ神经毒性和促进小胶质细胞清除Aβ斑块的效果。更为重要的是，作者发现与柔性支架聚丙烯酸（PAA）所介导的多价效应（EC50 = 83 nM）相比，PDDA的刚性主链结构通过影响NBIL的空间排列，表现出更为优异的多价效果，进一步突出PDDA刚性主链结构的优势（图2）。
图2. 多价纳米抗体偶联物PNBIL结合Aβ亲和力的表征。
同时，作者通过拉曼光谱、活性氧（ROS）清除实验和细胞实验充分证实了与NBIL共价偶联后的PDDA仍能保留其独特的交替炔-烃主链结构，并能够在ROS存在的条件下发生缓慢地降解，位于1520 cm-1（C=C键拉伸）和2120 cm-1（C≡C键拉伸）处的拉曼特征峰分别在PNBIL与ROS孵育后的24 h和48 h降低15%和35%，充分表明PNBIL具有长效清除ROS的能力，进而有效缓解神经细胞和小胶质细胞的氧化应激，降低小胶质细胞的炎症反应，以及促进小胶质细胞对Aβ斑块的清除。
图3. 多价纳米抗体偶联物PNBIL缓解氧化应激效果的表征。
最后，作者在海马内显微注射Aβ和转基因APPswe/PSEN1dE9（APP/PS1）两种AD动物模型中均验证了PNBIL能够通过抑制Aβ聚集、缓解氧化应激、抑制炎症反应和促进Aβ斑块清除等作用改善AD模型小鼠的学习和认知障碍，为AD治疗提供了新的思路。
图4. 多价纳米抗体偶联物PNBIL改善AD模型小鼠学习和认知障碍的表征。
华中科技大学生命学院孟凡玲副教授和博士生赵丽媛为论文共同第一作者，罗亮教授为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（31900904、21877042）的资助。
此项工作是罗亮教授课题组在生物医用共轭高分子材料方向的又一重要成果。罗亮教授团队长期致力于共轭高分子材料的设计、制备及在生物医学中的应用研究，对于如何赋予共轭高分子多功能性，促进其安全高效地应用于生物医药诊疗领域开展了系统深入的探究。近年来，先后发展高效靶向拉曼生物成像探针(Nat. Commun. 2020, 11, 81; Nano Lett. 2022, 22, 4544）、CT成像探针(Nat. Commun. 2022, 13, 2625)、荧光检测探针(J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 20097)、化学发光探针(Adv. Mater. 2020, 32, 2004685）、可视化诊疗体系(Nat. Commun. 2019, 10, 4781; Nano-Micro Lett. 2021, 13,141; Nat. Commun. 2022, 13, 4553; Nat. Commun. 2022, 13, 6835）等，并探讨了此类材料的可降解性与降解机制（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 10054; Chem. Eng. J. 2021, 417, 127890）。团队研究工作交叉融合高分子材料学、生物医学工程、医学和药学等学科，并积极推动相关的临床应用转化。
论文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202210879
