北京中医药大学高晓燕团队《ACS AMI》：逐级配位驱动的金属-酚纳米材料作为神经保护增强剂治疗阿尔茨海默病

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现有阿尔茨海默病（AD）的治疗策略主要集中在抑制异常β-淀粉样蛋白（Aβ）聚集。然而，该种策略不能修复由Aβ蓄积引发的累积病理效应（例如高度的神经元氧化应激状态）。因此，靶向Aβ治疗策略在抑制Aβ诱导的神经元凋亡方面显得效果十分有限。

近日，北京中医药大学高晓燕研究员、王颖博士与中科院长春应用化学研究所逯乐慧研究员在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上发表了题为“Stepwise Coordination-Driven Metal–Phenolic Nanoparticle as a Neuroprotection Enhancer for Alzheimer’s Disease Therapy”的文章（DOI：10.1021/acsami.2c18060）。本论文开发了一种基于逐级金属-酚配位方法制备得到的神经保护增强剂（K8@Fe-Rh/Pda NPs）。该神经保护增强剂将大黄酸和聚多巴胺通过与Fe³⁺的配位作用有效偶联，分别用于缓解神经元氧化应激并干预Aβ聚集，从而增强APPswe/PSEN1dE9转基因（APP/PS1）AD模型小鼠脑内神经元凋亡的抑制作用，最终改善APP/PS1小鼠的认知功能障碍（示意图1）。

示意图1.（A）K8@Fe-Rh/Pda NPs的构建与（B）其作为神经保护增强剂的作用机制图。

1）K8@Fe-Rh/Pda NPs的制备和表征

作者以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）-Fe³⁺自组装体作为模版，先后按照与Fe³⁺配位作用强弱顺序加入大黄酸和聚多巴胺，通过配位自组装得到Fe-Rh/Pda NPs。为了透过血脑屏障和靶向Aβ，作者将KLVFFAED肽进一步通过Michael加成反应共价修饰到Fe-Rh/Pda NPs表面，最终得到K8@Fe-Rh/Pda NPs（图1）。

图1. K8@Fe-Rh/Pda NPs的表征。（A）密度泛函理论计算配位结合能；（B）UV-vis光谱；（C）TEM图像；（D）FTIR光谱；（E, F）MALDI-TOF质谱；（G）大黄酸缓释释放曲线；（H）K8@Fe-Rh/Pda NPs的驰豫性能。

2）K8@Fe-Rh/Pda NPs穿透血脑屏障和靶向Aβ性能评价

为了评价K8@Fe-Rh/Pda NPs穿透血脑屏障的能力。作者利用7T MRI扫描仪获得注射K8@Fe-Rh/Pda NPs后APP/PS1小鼠和野生对照小鼠大脑的T₂^*图像。结果显示，KLVFFAED肽的共价修饰增强了K8@Fe-Rh/Pda NPs透过血脑屏障的能力（图2）。此后，为了评价K8@Fe-Rh/Pda NPs靶向Aβ的性能，作者采用SDS-PAGE检测了K8@Fe-Rh/Pda NPs与混合蛋白体系（Aβ、BSA和泛素）共孵育后，靶向Aβ的能力。结果显示，K8@Fe -Rh /Pda NPs可以在模拟复杂生理环境的蛋白体系中，选择性地靶向Aβ（图2）。

图2. K8@Fe-Rh/Pda NPs血脑屏障穿透能力、Aβ靶向性能以及大黄酸的药代动力学性质。（A）尾静脉注射K8@Fe-Rh/Pda NPs的APP/PS1小鼠脑T₂^*图像；（B）混合蛋白体系评价K8@Fe-Rh/Pda NPs靶向Aβ的能力；（C）代表性SDS-PAGE图像和（D）K8@Fe-Rh/Pda NPs对Aβ选择性的定量分析；（E）APP/PS1小鼠皮层和海马组织Aβ免疫组化和普鲁士蓝共染色的代表性图像；（F）大黄酸的药代动力学特征；（G）大黄酸在脑组织浓度的经时变化。

3）K8@Fe-Rh/Pda NPs中大黄酸的药代动力学和脑生物利用度研究

为了评价K8@Fe-Rh/Pda NPs能否延长了大黄酸的体循环、提高脑组织生物利用度，作者检测了其在SD大鼠血浆中的药代动力学特性和脑组织浓度的经时变化（图2）。结果发现，K8@Fe-Rh/Pda NPs显著延长了大黄酸在SD大鼠血浆中的体循环。同时，K8@Fe-Rh/Pda NPs增加了大黄酸在ICR小鼠内的脑生物利用度。

4）K8@Fe-Rh/Pda NPs抗氧化和抗Aβ的体外活性研究

体外活性研究结果显示，与单独的大黄酸或聚多巴胺相比，K8@Fe-Rh/Pda NPs通过联合缓解原代神经元细胞氧化应激、阻断Aβ聚集、解聚Aβ纤维（图3），协同抑制线粒体细胞色素c的释放，从而阻止细胞凋亡级联反应的激活，最终增强了原代神经元细胞的抗凋亡作用（图4）。

图3. K8@Fe-Rh/Pda NPs抗氧化和抗Aβ活性研究。Aβ寡聚体诱导的原代神经元细胞内（A）ROS和（B）ΔΨm的代表性荧光图像；（C）Aβ单体与K8@Fe-Rh/Pda NPs共孵育后的CD谱；（D）与K8@Fe -Rh /Pda NPs和/或Aβ共孵育后，原代神经元细胞的活力；（E）Aβ单体与K8@Fe-Rh/Pda NPs共孵育后的TEM图像；（F）Aβ纤维与K8@Fe-Rh/Pda NPs共孵育后的CD谱；（G）Aβ纤维与K8@Fe-Rh/Pda NPs共孵育后的TEM图像。

图4. K8@Fe-Rh/Pda NPs对Aβ寡聚体诱导原代神经元的神经保护增强作用。细胞质细胞色素c和Cleaved caspase-3的（A, B）代表性Western blot条带和（C-F）定量分析。

5）K8@Fe-Rh/Pda NPs发挥神经保护和改善认知功能的体内药效评价

体内药效评价结果显示，与大黄酸或聚多巴胺相比，尾静脉注射K8@Fe-Rh/Pda NPs有效增强APP/PS1小鼠的神经保护作用，改善小鼠认知功能（图5）。

图5. K8@Fe-Rh/Pda NPs增强APP/PS1小鼠的神经保护和认知功能改善。（A）实验流程图；（B）逃避潜伏期；（C）目标象限运动时间；（D）穿过平台次数；（E）行为轨迹图；海马组织Nissl染色的（F）代表性图片和（G）定量分析；（H）海马组织细胞质细胞色素c和Cleaved caspase-3的代表性Western blot条带和（I）定量分析。

为了确定增强的治疗效果是否归因于K8@Fe-Rh/Pda NPs的抗氧化作用，作者分析了K8@Fe-Rh/Pda NPs对氧化应激相关指标的影响（图6）。结果显示，K8@Fe-Rh/Pda NPs处理显著缓解了APP/PS1小鼠海马组织内氧化应激。同样，大黄酸给药的APP/PS1小鼠在氧化应激相关指标上表现出积极的调节作用。相比之下，聚多巴胺给药减少了APP/PS1小鼠的Aβ沉积，而对异常氧化应激相关指标的调节作用不如K8@Fe-Rh/Pda NPs显著。这些结果表明，K8@Fe-Rh/Pda NPs的抗氧化治疗增强了抗Aβ的神经保护作用。

图6. K8@Fe-Rh/Pda NPs的抗氧化和抗Aβ作用。（A）K8@Fe-Rh/Pda NPs逆转AD“病理链条”，增强神经保护作用示意图。测定海马组织内（B）MDA；（E）GSH和（G）GSSG含量；（E）Aβ免疫组化染色图和（F）Aβ斑块的定量分析；测定海马组织内（G）可溶性和（H）不溶性Aβ₄₂含量。

6）K8@Fe-Rh/Pda NPs抗氧化和抗Aβ作用机制研究

K8@Fe-Rh/Pda NPs中大黄酸通过激活SIRT1/PGC-1α通路，促进线粒体生物合成，启动内源性抗氧化防御，从而缓解神经元氧化应激（图7）。同时，理论计算表明，K8@Fe-Rh/Pda NPs中聚多巴胺可通过多个识别位点（儿茶酚、亚氨基和吲哚/儿茶酚共轭体系）与Aβ单体/原纤维发生强相互作用，从而干预Aβ聚集、减少Aβ沉积（图7）。

图7. K8@Fe-Rh/Pda NPs潜在的抗氧化和抗Aβ作用机制。（A, B）SIRT1、PGC-1α、NRF1、DRP1和MFN1的代表性Western blot条带；定量测定（C）SOD和（D）CytOx活性；（E）K8@Fe-Rh/Pda NPs抗氧化机制示意图；（F）K8@Fe-Rh/Pda NPs抑制Aβ聚集和解聚Aβ纤维作用示意图；聚多巴胺与（G）Aβ单体和（H）Aβ纤维的分子对接结果。

总之，基于K8@Fe-Rh/Pda NPs的联合策略为今后开发多靶点纳米材料治疗AD提供了一种新思路。

论文第一作者为北京中医药大学中药学院博士生尹智慧，论文通讯作者为北京中医药大学中药学院高晓燕研究员、王颖博士和中科院长春应用化学研究所逯乐慧研究员。北京中医药大学中药学院为论文第一完成单位，该研究得到国家自然科学基金和中国科协青年人才托举工程项目的资助支持。

作者简介

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高晓燕现任北京中医药大学中药学院中药分析系教授，博士生导师。主要研究方向为分析药理学，长期从事中药药效物质发现与中药质量控制研究工作，主要是围绕行业痛点（中药注射剂不良反应）、行业热点（中药质量标志物发现）和重大疾病（阿尔茨海默病）等，试图引入代谢组学联合代谢流分析、中药化学生物学、肠道功能菌群组学等先进研究手段，开展基于化学成分体内过程的中药有效成分发现与作用机制阐释以及中药质量评价的创新方法研究。

原文链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c18060

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