首个类蛋白质聚合物：阻断线粒体损伤、拯救亨廷顿神经元、减缓亨廷顿舞蹈病神经病理

时间：2024年11月6日

来源： Science Advances

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突破性的基于聚合物的治疗有望通过防止有毒蛋白质团块和提高神经元存活率来逆转亨廷顿氏病的症状。

亨廷顿舞蹈病是一种严重的遗传性神经退行性疾病，其特征是运动功能障碍、认知能力下降和高自杀率。它是由于基因突变导致突变亨廷顿蛋白mtHtt的产生，mtHtt通过与含缬氨酸蛋白VCP结合而破坏细胞功能，导致过度的有丝分裂和神经元死亡。目前的治疗大多是对症治疗，不能预防疾病进展。虽然基于肽的药物显示出针对亨廷顿舞蹈病分子机制的潜力，但它们往往存在药代动力学差、降解快、细胞渗透有限的问题。

在发表在《 Science Advances》杂志上的一项研究中，研究人员开发了一种蛋白质样聚合物（PLP）来阻止含缬氨酸蛋白（VCP）与突变亨廷顿蛋白（mtHtt）的结合，并研究了其在亨廷顿病（HD）模型中抑制VCP-mtHtt结合的能力。他们发现PLP在HD模型中阻止线粒体自噬，表现出高稳定性和较长的循环半衰期，并且在HD转基因小鼠中表现出优越的生物活性和治疗潜力，优于传统肽，表明其具有作为一种可持续和有效的HD治疗方法的潜力。

关于研究

对照：肽序列HVLVMCAT （HV3）被证明靶向VCP/mtHtt相互作用，由于缺乏细胞穿透能力，该序列与细胞穿透性HIV衍生的TAT肽偶联，产生活性的HV3-TAT肽。HV3-TAT肽可阻断mthtt诱导的VCP转位至线粒体，从而使神经元免受线粒体破坏。虽然这种肽显示出有效的靶标结合，但它受到快速酶清除的限制。这些局限性（较差的药代动力学特性和有限的细胞穿透性）通常困扰着基于肽的治疗方法。快速的肾脏清除率与体内稳定性下降和极易被蛋白水解酶快速降解相结合，导致肽基药物的整体性能较差，在转化为临床应用方面存在很大障碍。这个研究以HV3-TAT肽作为参照。HV3肽被修饰以防止二硫键，并通过添加带电残基以增强细胞摄取。

作者合成了四个肽序列，连接到norbornene衍生物，并进行聚合。采用核磁共振和多角度光散射色谱对PLPs （P1-P4）进行了表征。用HV3-TAT或PLPs处理HdhQ111和HEK293T细胞，评估细胞活力、蛋白结合、线粒体定位和形态。采用生物层干涉法测定VCP的结合亲和力。

采用凝胶电泳和高效液相色谱法检测P1蛋白对蛋白酶、胰糜蛋白酶、弹性蛋白酶和胃蛋白酶的水解稳定性。评估血清稳定性。采用荧光EDANS-DABCYL法评估酶耐药性，采用高效液相色谱法检测肝微粒体降解情况。在HdhQ111细胞中检测处理后的生物活性。

通过活化凝血时间（ACT）和溶血活性评估血液相容性，评价P1和HV3-TAT对血液凝固和红细胞稳定性的影响。C3a酶联免疫吸附试验测试了治疗剂量和高剂量的补体活化。对于体内药代动力学和生物分布，钆标记P1在小鼠静脉注射后的血液和组织中进行了定量。对健康野生型小鼠进行了为期两个月的毒性评估。小鼠模型分别用P1、HV3-TAT或生理盐水进行疗效测试，并评估运动协调性、体重和神经病理学。Western blot和免疫组织化学分析神经元标记物、mtHtt聚集和VCP线粒体易位。

结果与讨论

PLPs提高了细胞活力，并有效阻断了VCP/mtHtt相互作用，由于P1具有最佳的摄取和电荷特性，因此被选为进一步研究的对象。共聚焦显微镜和流式细胞术证实了P1有效的细胞摄取和线粒体定位，以及线粒体断裂的预防。P1的解离常数比HV3-TAT低150倍，归因于较慢的脱除速率和由于多价性而增强的结合稳定性。

与快速降解的HV3-TAT不同，P1表现出很强的蛋白水解稳定性，暴露于多种蛋白酶后仍能保持结构，在10%和25%的胎牛血清中表现出高稳定性。荧光和肝微粒体检测证实P1的降解最小，而HV3-TAT降解迅速。此外，酶或血清预处理P1处理的HdhQ111细胞保持了活力，而预处理后HV3-TAT失去了活性。

血液相容性研究显示，治疗水平的P1对凝血没有显著影响，与对照组相比，P1的溶血活性和补体激活可以忽略不计。P1的药代动力学表现为最初的20分钟分布半衰期和延长的152小时消除半衰期，主要定位于肝脏和肾脏，在中枢神经系统（CNS）中的存在较少。

毒性试验显示，各处理组野生型小鼠无明显病理变化。在转基因R6/2模型中，P1改善了运动行为，减轻了体重减轻，延长了生存期，效果比HV3-TAT更明显。

神经病理标志物（多巴胺和cAMP调节的磷酸化蛋白32kDa、突触后密度蛋白和脑源性神经营养因子）在P1处理的小鼠中显著升高，mtHtt聚集和VCP线粒体易位减少，表明神经保护和与假设的治疗机制一致。