加强药物输送到大脑的新武器

在最近发表在《自然-生物医学工程》(Nature Biomedical Engineering)杂志上的一项研究中，金泽大学(Kanazawa University)的研究人员使用一种名为“套索移植”的方法设计了一种延长寿命并能穿透大脑的疗法。

　　

   

   

(a) Met受体结合大环肽(aMD4;被插入到人类IgG1 Fc蛋白的环(彩色球)中。(b)套索移植Fc可产生在体内半衰期延长的Met激动剂。(c)抗TfR 抗体套索移植Fc产生具有血脑屏障(BBB)外显性的Met激动剂。    

细胞生长和修复受到细胞因子和生长因子等生物分子的刺激。不幸的是，将足够浓度的这些分子输送到大脑以治疗阿尔茨海默病等神经系统疾病是一项挑战，因为它们要么很快从血液中清除，要么不能有效地穿透神经组织。由金泽大学的Kunio Matsumoto和Katsuya Sakai也领导的研究小组，与Junichi Takagi、大阪大学和东京大学的Hiroaki Suga合作，现在已经使用一种叫做“套接”的技术，设计出复制生长因子的分子，使其在体内的保留时间更长，并能穿透大脑。

该团队合成了一个包含两个成分的分子实体:插入抗体片段的大环肽(称为Fc)(图1a)。大环肽是一种截断的蛋白质，可以被设计成类似生长因子。使用套索接枝(一种研究人员之前开发的方法)，将选定的肽插入Fc上发现的环中。现在，套索接枝确保了大环肽很容易暴露，同时保持肽和Fc的结构完整性和功能完整。Fc被用于这一目的，因为它在体内停留的时间足够长，可以很容易地添加选择的Fab的功能。

利用这一过程，复制肝细胞生长因子(HGF)的设计分子首次被创造出来。HGF与细胞表面的一种叫做Met的对接蛋白结合，启动细胞生长和存活的信号。因此，aMD4和aMD5这两个也能与Met结合的大环肽首次被发现。然后将它们嫁接到Fc上的不同位置，直到找到最佳的插入位置。当与细胞接触时，Fc(aMD4)和Fc(aMD5)确实会锁定Met受体，并启动类似于HGF的细胞信号(图1b)。

接下来，与Fc和HGF单独相比，研究了Fc(aMD4)的寿命。当给小鼠注射时，HGF的浓度在一小时后显著下降，而Fc(aMD4)则持续在足以激活Met的水平，持续时间长达200小时。细胞复制的标记物在这些小鼠中也很活跃。因此，Fc(aMD4)具有长寿和生物活性。最后一步是确定这些设计分子对大脑的渗透。为此，aMD4被插入到抗转铁蛋白受体(TfR)抗体的Fc中，该抗体在外周给药后在小鼠大脑中积累(图1c)。事实上，与单独使用Fc(aMD4)相比，TfR(aMD4)在小鼠脑组织中表现出较高的积累和滞留。

这项研究描述了一种新的策略，诱导生长因子和细胞因子的影响，增强在脑组织中的保留。此外，根据选择的大环肽和抗体，该技术可用于模拟多种生长因子。研究人员说:“因此，套索移植能够设计出具有理想的物理化学稳定性和可控的药代动力学的蛋白质疗法，以及具有多种功能的抗体的快速工程。”

大环肽是蛋白质的短片段。它们的循环结构有利于与感兴趣的蛋白质强结合。大环肽在药物开发中正在接受研究，因为先进的技术，如体外显示，现在可以很容易地发现肽可以结合到所需的靶点。研究人员开发的套索接枝方法还可以方便地将大环肽结合到蛋白质支架中，从而生成多功能蛋白质。