基因治疗阿尔茨海默病
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· 51 ·神经药理学报Acta Neuropharmacologica第12卷第6期2022年12月Vol. 12 No.6Dec. 2022
司文英1 侯宇清2 孙晓静1 孟宪勇2 董晓华11. 河北北方学院药学院,河北省神经药理学重点实验室,张家口,075000,中国
2. 河北北方学院附属第一医院,张家口,075000,中国
【摘要】 阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是老年人最常见的神经退行性疾病,伴有学习、记忆和认知功
能障碍。β淀粉样蛋白沉积和Tau蛋白过度磷酸化形成的神经元纤维缠结是AD患者脑内最常见的病理特征。
目前用于治疗AD的药物主要用于缓解症状,并不能治愈疾病。近年来,随着对AD的深入研究,基因治疗引起
了人们的关注。该文对AD基因治疗靶点及基因治疗载体进行介绍,并对今后的应用研究前景进行了展望。【关键词】 阿尔茨海默病;基因治疗;靶基因;病毒载体;非病毒载体
【中图分类号】 K964 【文献标识码】 A DOI:10.3969/j.issn.2095-1396.2022.06.009
Gene Therapy for Alzheimer’s Disease
SI Wen-ying1,HOU Yu-qing2,SUN Xiao-jing1,MENG Xian-yong2,DONG Xiao-hua1
1. Department of Pharmacy,Hebei North University,Hebei Key Laboratory of Neuropharmacology,Zhangjiakou,
075000,China
2. The First Affiliated Hospital of Hebei North University,Zhangjiakou,075000,China
【ABSTRACT】 Alzheimer’s disease (AD),is the most common neurodegenerative disease in older adults with learning,memory,and cognitive dysfunction. Amyloid β-protein deposition
and neurofibrillary tangles formed by Tau protein hyperphosphorylation are the most common
pathological features in the brain of AD patients. Current drugs used to treat AD are primarily
used to relieve symptoms and do not cure the disease. In recent years,with the in-depth study
of AD,gene therapy has attracted attention. In this paper,the AD gene therapy targets and gene
therapy vectors are introduced,and the future application research prospects are prospected.
【KEY WORDS】 Alzheimer’s disease;gene therapy;target genes;viral vectors;non-viral vectors基因治疗阿尔茨海默病
基金项目:河北省自然科学基金项目(No.H2022405027)
作者简介: 司文英,硕士研究生;研究方向:神经精神药理学;Tel:+86-0313-4029421,E-mail:*****************
通讯作者:董晓华,教授,博士,硕士研究生导师;研究方向:神经精神药理学;Tel:+86-0313-4029421,E-mail:***************阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一种
神经退行性疾病,是导致老年相关性痴呆的主要原因,
该疾病的临床特征是记忆和认知功能的进行性损害,
干扰情绪、判断能力和语言能力,导致痴呆和死亡。目
前,全球约有5 000万AD患者,预计这一数字将每五
年翻一番,到2050年将增加到1.52亿[1],AD成为当今社会的主要医疗卫生问题之一。AD最早的损伤发
生在内嗅皮层、海马体和基底前脑,这些结构在记忆中
起着关键作用。AD的病理生理学主要涉及两种蛋白
的积累和聚集:β淀粉样蛋白(amyloid β-protein,Aβ)
和高磷酸化Tau蛋白,这是细胞外斑块和神经元内神经
纤维缠结(neurofibrillary tangles,NFTs)的主要成分[2]。
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目前,用于治疗AD患者的药物主要是胆碱酯酶抑制剂
和非竞争性N-甲基-D-天冬氨酸(N-Methyl-D-aspartic acid,NMDA)受体拮抗剂,主要用于缓解AD症状,并
不能治愈AD。近年来,随着对AD的深入研究,基因
治疗引起了人们的关注。
1 AD基因治疗靶点
基因治疗是一种运用现代分子生物学修复致病基
因的手段,以达到缓解和治愈疾病的目的。基因治疗的
机制包括:用功能正常的基因代替突变基因、修复体内
突变基因、灭活体内异常的致病基因、将修饰的基因或
新基因导入体内治疗疾病[3]。AD基因治疗的靶点为Aβ、tau蛋白、神经炎症因子、神经营养因子等。
1.1 Aβ
Aβ是AD的主要致病因素,越来越多的证据表明
靶向Aβ的免疫治疗可以减少大脑中Aβ含量。先前
的研究使用Aβ抗体免疫AD小鼠模型可以减少Aβ
的沉积,并减轻AD小鼠学习和记忆缺陷,但是在临床
试验中因脑膜脑炎而停止,Ken-ichiro Fukuchi等推测
这可能是由于T细胞介导的或Fc介导的免疫反应引
起。于是他们使用一种新的基因治疗方式,将腺相关病
毒(adeno-associated virus,AAV)编码抗Aβ单链抗体注
射到AD小鼠的皮质和海马区,注射一年后,scFv(缺乏
免疫球蛋白的Fc部分)在海马神经元中仍能检测到,且
无明显的神经毒性,同时发现注射AAV的AD小鼠模
型在注射部位的Aβ沉积比注射PBS的小鼠模型少得
多,且没有引起炎症反应。该研究提示用AAV编码抗Aβ单链抗体基因治疗可能是一种安全、有效的AD治
疗方式[4]。同样利用scFv将其克隆到重组腺相关病毒
重组AAV(recombinant adeno-associated virus,rAAV)载
体中,在3xTg-AD小鼠海马内注入编码Aβ-scFv的血
清型rAAV,发现该小鼠体内具有较低水平的不溶性Aβ
和过度磷酸化的tau蛋白,并通过Morris水迷宫(morris water maze,MWM)空间记忆任务表现出认知功能的
改善[5]。rAAV5介导的抗AβscFv传递到TgAPPswe/PS1dE9AD小鼠模型的心室,减少了海马体中免疫反应
性Aβ沉积物,但脑脊液中Aβ42水平呈升高趋势,并且
在大脑中发现了与血管淀粉样蛋白局部增加相关的出
血,提示在应用rAAV介导的抗Aβ免疫治疗时需注意
脑血管效应[6]。Masaru Shimada等的研究将编码Aβ单
抗重链和轻链的cDNA亚克隆到一个1型AAV载体中,
将这些AAV载体的病毒基因组肌肉注射到C57BL/6小
鼠中,血清抗Aβ抗体水平可维持长达64周,同时分别
在5个月和10个月龄时接受治疗,人Aβ转基因小鼠
(Tg2576)的大脑中Aβ水平显著下降。这些结果支持使用编码抗Aβ抗体的AAV载体来预防和治疗AD[7]。
尽管减少Aβ沉积是主要的AD治疗策略,但大
脑中Aβ的浓度不仅受Aβ产生的调节,还受到其降解
的调节。新生霉素(neprilysin,NEP)是一种锌金属肽
酶,可有效降解Aβ。Liu Yin-xing等将表达NEP基因
的AAV引入6个月大的人类淀粉样前体蛋白(human amyloid precursor protein,hAPP) 3X-Tg-AD小鼠的后
肢肌肉,肌肉中NEP的过表达使脑Aβ含量降低50%,
且没有明显的不良反应[8]。Yuanli Li、C-S Hong等分
别使用超声介导基因转移和单纯疱疹病毒载体在AD
小鼠骨骼肌中过表达NEP,均显现出显著的神经保护
作用[9-10]。另一种参与Aβ降解的蛋白酶是内皮素转
换酶(endothelin converting enzyme,ECE),在6个月龄
的APP和PS1转基因小鼠颅内注射rAAV-5-ECE-1后,
大脑前皮质和海马中Aβ含量降低[11]。这些研究表明,
通过基因治疗增加Aβ降解酶的表达也是治疗AD的
一种很有前途的方法。1.2 Tau
Tau蛋白不仅在AD的病理生理学中起着重要
作用,而且在其他各种神经退行性疾病中也起着重要
作用[12-13]。目前已经有许多研究尝试使用基因沉默
或使用抗Tau抗体来消除有毒的Tau蛋白形式。Tau
蛋白过度磷酸化导致Tau蛋白与微管的结合亲和力
降低,以及异常Tau蛋白聚集物的形成,即NFTs。由
于NFTs的存在和程度与痴呆水平有关,控制Tau蛋白
异常磷酸化状态的药物值得我们关注。周期蛋白依赖
性激酶5(cyclin-dependent kinase 5,CDK5)是Tau蛋
白磷酸化的主要激酶。通过慢病毒或AAV载体传递CDK5RNAi,并在体外和体内进行分析,结果表明CDK5
的沉默降低了原代培养的神经元和野生型C57BL/6
小鼠大脑中Tau蛋白的磷酸化。同时,CDK5的敲除
显著降低了3xTg-AD小鼠海马中NFTs的数量[14-15]。 Holtzman等研究表明,使用抗Tau抗体HJ8.5免疫人
P301S Tau蛋白的转基因(P301S-tg)小鼠模型,可减少
中病理性Tau蛋白的积累[16],他们还研发了一个表达
抗Tau-scFvs的AAV2/8载体,并证明了神经元和星形
胶质细胞可对抗scFvs的表达。这些抗Tau-scFvs保
留了其抗原结合的特异性,并有效地减少了P301S-tg
小鼠海马中过度磷酸化Tau蛋白的积累[17],表明靶向Tau蛋白是治疗AD潜在靶点。
1.3 神经炎症因子
神经炎症是AD发病的重要原因之一,而炎症因
子主要来源于小胶质细胞。CD33是位于小胶质细
胞表面的跨膜唾液酸结合受体。CD33在死后AD患
者大脑的小胶质细胞内表达上调,在体外培养的小
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