攻克阿爾茨海默癥的曙光 納米酶復(fù)合材料或可改善阿爾茨海默癥

阿爾茨海默病（AD）俗稱老年癡呆癥，是一種神經(jīng)退行性疾病，是一種與淀粉樣蛋白原纖維（Aβ）沉積和神經(jīng)纖維纏結(jié)(NFTs)密切相關(guān)的線粒體功能障礙。治療AD的藥物一直在開發(fā)，但是效果都很有限，主要原因是：對認(rèn)知功能的影響較差或有顯著的副作用以及血腦屏障穿透性較弱，難以達(dá)到理想的治療效果。

在以往的研究中發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激是AD早期神經(jīng)元中一種常見的生理變異，并且與Aβ和NFTs的形成關(guān)系密切。簡單來說，Aβ與細(xì)胞內(nèi)活性氧是協(xié)同遞增的關(guān)系，可以進(jìn)一步提高細(xì)胞內(nèi)活性氧ROS產(chǎn)量，改變線粒體膜電位，破壞Ca2+穩(wěn)態(tài)，NFTs則可以導(dǎo)致線粒體功能障礙。這兩種病理因素以正反饋的方式相互作用，最終導(dǎo)致神經(jīng)元內(nèi)源性凋亡，造成阿爾茲海默癥的發(fā)生。此外，細(xì)胞內(nèi)活性氧ROS還可以誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥，因此，細(xì)胞內(nèi)活性氧ROS被認(rèn)為是AD早期的關(guān)鍵因素。基于以上可知，細(xì)胞內(nèi)消除ROS可以防止神經(jīng)退行性變異，即緩解阿爾茨海默病的癥狀。

2021年10月，來自暨南大學(xué)的研究團隊在《ACS APPLIED MATERIALS&INTERFACES》發(fā)表了論文“A Functionalized Octahedral Palladium Nanozyme as a Radical Scavenger forAmeliorating Alzheimer’s Disease”。在這項研究中，研究者們設(shè)計并制備了八面體鈀（Pd）納米酶復(fù)合材料(Pd@PEG@ Bor)，將中藥成分冰片（Bor）偶聯(lián)在Pd@PEG納米材料的表面用于提高穿過血腦屏障和靶向神經(jīng)元的效率。

圖注：復(fù)合材料用于治療AD小鼠的實驗原理示意圖

研究者們分別從抗氧化、生物相容性、消除ROS、血腦屏障透過實驗、小鼠行為學(xué)等方面表征了復(fù)合材料的生物學(xué)性能，證明了這種復(fù)合材料能提高穿過血腦屏障的效率以及靶向神經(jīng)元，消除細(xì)胞內(nèi)過多的ROS，維持線粒體膜電位和鈣離子水平，抑制Aβ的產(chǎn)生和聚集，減少神經(jīng)炎癥，保護神經(jīng)元，并進(jìn)一步改善AD小鼠的認(rèn)知障礙，可以有效緩解AD的癥狀。

（1）抗氧化活性實驗。實驗結(jié)果表明：單獨的Pd納米顆粒（Pd NPs）和復(fù)合材料（Pd@PEG@Bor）對羥基自由基和單線態(tài)活性氧都具有很強的清除能力，濃度越高清除能力越強。冰片（BOR）和PEG對Pd NPs的修飾不影響抗氧化能力，因此，可以通過修飾功能基團來改善復(fù)合材料的功能，這也本研究的基礎(chǔ)原理之一。

圖注：Pd NPs和Pd@PEG@Bor對ROS的清除能力。(A)含·OH、Pd NPs (20 μg/mL)和Pd@PEG@Bor (20 μg/mL)；(B)不同濃度Pd@PEG@Bor樣品和·OH；(C)含1O2、Pd NPs (20 μg/mL)樣品和Pd@PEG@Bor(20μg / mL)；(D)含1O2和不同濃度樣品Pd@PEG@Bor；

（2）生物相容性實驗。納米材料良好的生物相容性是臨床應(yīng)用的前提。實驗數(shù)據(jù)表明：Pd@PEG@Bor對正常生物膜是無傷的。采用CCK-8法，用復(fù)合材料處理細(xì)胞24 h后，細(xì)胞活力持續(xù)大于90%，處理72 h后，大部分細(xì)胞仍然存活，表現(xiàn)出良好的生物相容性。更重要的是，研究者們用復(fù)合材料尾靜脈注射24 h后，小鼠大腦(丘腦、海馬和皮層)和主要器官(心、肝、脾、肺和腎)均未發(fā)現(xiàn)損傷。總之，體外和體內(nèi)實驗表明復(fù)合材料都具有良好的生物相容性和弱的細(xì)胞毒性。

圖注：Pd NPs和Pd@PEG@Bor的生物相容性實驗。(A) SH-SY5Y細(xì)胞對RBT, Pd@RBT和Pd@PEG@Bor@ RBT的攝取(比例尺= 20 μm)。(B) SH-SY5Y細(xì)胞處理24 h后，不同濃度(5、10、20、40 μg /mL)的Pd@PEG@Bor@RBT。(C)不同濃度Pd@PEG@Bor處理小鼠紅細(xì)胞膜破裂活性的圖像和定量結(jié)果。(D) Pd@PEG@Bor對SH-SY5Y細(xì)胞和bEnd3細(xì)胞24 h的細(xì)胞毒性。

（3）Pd@PEG@Bor消除活性氧并使體外Aβ含量下降。在研究中，研究人員通過染色，用熒光強度表示活性氧的含量，采用ThT染色法檢測Aβ聚集物。在實驗中，在空白樣品中加入雙氧水后，細(xì)胞的活性氧明顯增多，再加入Pd@PEG或者Pd@PEG@Bor后，細(xì)胞的活性氧明顯減少，說明他們是出色的ROS清除劑。加入Pd@PEG和Pd@PEG@Bor處理24 h后，細(xì)胞的ThT的熒光強度明顯下降，說明Pd@PEG和Pd@PEG@Bor可以通過緩解氧化應(yīng)激來減少Aβ的生成和沉積。

圖注：Pd@PEG@Bor消除活性氧并使體外Aβ含量下降

（4）Pd@PEG@Bor在體外和體內(nèi)穿越血腦屏障的能力。研究人員以RBT為探針，利用激光共聚焦顯微鏡比較Pd NPs和Pd@PEG@Bor在小鼠頂葉皮層和海馬中的分布。發(fā)現(xiàn)Pd@PEG@Bor處理的小鼠的頂葉皮層和海馬中的熒光強度高且主要集中在胞質(zhì)中。Pd@PEG@Bor的滲透率是Pd NPs的5.5倍。總之，此實驗證實Bor可以促進(jìn)血腦屏障的有效穿透。

圖注：Pd@PEG@Bor在體外和體內(nèi)穿越血腦屏障的能力。(A) 血腦屏障模型示意圖。(B) Pd NPs和Pd@PEG@Bor的體外血腦屏障通透性。(C) Pd@RBT和Pd@PEG@Bor@RBT在正常小鼠大腦皮層的分布(D) Pd@RBT和Pd@PEG@Bor@RBT在正常小鼠大腦海馬區(qū)的分布

（5）AD小鼠的行為實驗。AD小鼠在實驗中反映出明顯的焦慮抑郁行為。然而，靜脈注射Pd@PEG@Bor后，焦慮抑郁行為得到改善。在其他行為實驗中分別證明了Pd@PEG@Bor治療后可以提高AD小鼠的研究能力和記憶能力。總之，小鼠的行為學(xué)實驗表明復(fù)合材料能有效減輕AD小鼠的認(rèn)知缺陷。

總結(jié)：研究者們合成了一種新型納米復(fù)合材料Pd@ PEG@Bor，可用于改善阿爾茲海默癥，降低Aβ水平，改善神經(jīng)炎癥，提高學(xué)習(xí)和記憶能力，為攻克這個棘手的疾病找到了一絲曙光。

參考資料：

[1]https://doi.org/10.1021/acsami.1c06687