突破血脑屏障困境：TfR 与 CD98hc 靶向抗体运输载体的惊艳发现

为解决中枢神经系统疾病治疗中药物难以通过血脑屏障的问题，相关研究人员开展了 ATV和 ATV生物分布的研究。结果发现其能增强脑暴露和分布。推荐阅读，助你了解前沿科研成果，把握中枢神经治疗新方向。

　　

突破血脑屏障：新型运输载体的探索之旅

在医学的神秘世界里，中枢神经系统（CNS）疾病一直是困扰科学家们的难题。血脑屏障（BBB）就像一道坚固的城墙，守护着大脑，却也成为了治疗中枢神经系统疾病的 “拦路虎”。它的高选择性和限制性，使得抗体等大分子药物很难进入大脑，严重阻碍了许多中枢神经系统疾病治疗的进展。尽管过去几十年里，人们尝试了大量使用大分子疗法治疗神经退行性疾病的临床试验，但只有少数取得了临床疗效，这让科学家们意识到，必须想办法提高中枢神经系统治疗药物的脑摄取能力和生物分布。

此前，虽然有研究探索了蛋白质治疗药物进入大脑的途径，但仍有许多未解之谜。比如，系统递送的蛋白质治疗药物究竟是如何进入大脑的？靶向血脑屏障的分子在中枢神经系统中究竟分布在哪些精确的途径和细胞类型？与传统的 IgG 相比，能够穿越血脑屏障的分子的生物分布又有何不同？这些问题就像一团团迷雾，笼罩着科研人员。

为了拨开这团迷雾，来自相关研究机构的科研人员展开了深入研究，并在《Nature Communications》期刊上发表了题为 “Comprehensive characterization of transferrin receptor- and CD98 heavy chain-targeted antibody transport vehicle biodistribution in the central nervous system” 的论文。他们发现，靶向转铁蛋白受体（TfR）和 CD98 重链（CD98hc）的抗体运输载体（ATV和 ATV）在大脑中的暴露和实质分布得到了显著增强，而且它们在细胞类型和脑区的分布上与对照 IgG 有着明显的差异。这一发现为中枢神经系统疾病的治疗带来了新的希望。

在这项研究中，科研人员使用了多种关键技术方法。他们运用了全身组织清除和光片荧光显微镜（LSFM）技术，对分子的外周生物分布进行全面观察；借助荧光激活细胞分选（FACS）和单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术，来探究分子在脑细胞中的分布情况；还利用组织清除和 3D LSFM 成像技术，研究分子在食蟹猴大脑和脊髓中的生物分布。这些技术就像是科研人员手中的 “秘密武器”，帮助他们一步步揭开血脑屏障的神秘面纱。

下面让我们来看看科研人员的具体发现吧。

1. ATV和 ATV展现出独特的外周生物分布模式：科研人员利用全身组织清除和 LSFM 技术，对 ATV、ATV和对照 IgG 的外周生物分布进行了研究。他们给小鼠注射了预先与 Alexa Fluor 647（AF647）结合的相应分子，然后进行全身组织清除和 3D LSFM 成像。结果发现，这三种分子都在鼻腔结构和犁鼻器有显著摄取，而且 ATV优先定位于骨骼，大脑是其第二高摄取器官；ATV则在泪腺、腮腺和坐骨神经等器官有较高摄取，大脑同样有广泛且显著的摄取。这表明这些运输载体不仅能帮助药物进入大脑，还有可能用于增强向特定外周器官的递送。
2. 3D 成像揭示 ATV和 ATV在大脑中的生物分布增强：通过全身组织清除，科研人员对小鼠头部的大脑、脑膜和其他相关组织中的生物分布进行了进一步评估。3D 重建图像显示，对照 IgG 主要在大脑表面有明显信号，而 ATV和 ATV在整个大脑中都有很强的信号。对不同脑区的分析发现，ATV在海马体和皮层的摄取略高，ATV在丘脑、下丘脑和海马体等区域有较高暴露，并且在一些脑区的亚区域有更高的 IgG 浓度。此外，在脊髓中，ATV和 ATV的暴露也明显增强，且主要在脊髓灰质。这些结果说明，ATV和 ATV在中枢神经系统区域的暴露和分布更高。
3. ATV和 ATV展现出增强的大脑暴露和生物分布：科研人员给小鼠注射相同剂量的 AF647 结合的对照 IgG、ATV或 ATV，发现 ATV和 ATV的整体大脑暴露水平明显高于对照 IgG。即使将对照 IgG 的剂量增加到 100mg/kg，使其与 15mg/kg 的 ATV达到相同的总脑浓度，对照 IgG 的生物分布仍然主要局限于脑表面的脉络丛和软脑膜组织，而 ATV在大脑中的分布更加广泛。进一步的 3D 成像显示，对照 IgG 与大脑表面、软脑膜血管等结构有明显关联，而 ATV与这些结构的结合较少。这表明，增加对照 IgG 的剂量并不能使其在大脑中的分布达到与 ATV相同的效果。
4. ATV和 ATV定位于脑血管和实质细胞，而对照 IgG 定位于血 - 脑脊液屏障和血管周围的 BBB 细胞：为了研究分子在脑细胞中的生物分布，科研人员给小鼠注射 AF647 结合的 ATV、ATV或对照 IgG，然后对大脑进行解离和流式细胞分选，再进行单细胞 RNA 测序。结果发现，对照 IgG 几乎不存在于主要的实质细胞类型中，主要分布在脉络丛上皮细胞、脑膜和血管周围的成纤维细胞以及血管周围的淋巴和髓细胞中。而 ATV和 ATV则显著定位于血管和实质细胞类型，并且在神经元、星形胶质细胞等细胞中有不同的定位特点。这说明 ATV和 ATV在脑细胞中的分布与对照 IgG 有很大差异。
5. ATV和 ATV在 BEC 亚型中的定位差异：科研人员根据之前小鼠单细胞研究中建立的标记，将脑内皮细胞（BECs）分为动脉、毛细血管和静脉群体，然后研究分子在这些亚型中的分布。结果发现，ATV强烈定位于毛细血管和静脉细胞，ATV在三种 BEC 亚型中的分布较为相似，而对照 IgG 在 BECs 中的定位极少。这表明 ATV和 ATV能够通过多种 BEC 亚型主动穿过血脑屏障。
6. ATV在食蟹猴大脑和脊髓中的增强血管和实质生物分布模式：科研人员对食蟹猴进行研究，给它们注射 AF647 结合的对照 IgG 或 ATV，然后对大脑和脊髓进行组织清除和 3D LSFM 成像。结果发现，ATV在整个食蟹猴大脑中的信号明显高于对照 IgG，在血管和实质中都有清晰的信号，且在较小口径的血管中信号更高，在大脑多个区域的信号都高于对照 IgG。在脊髓中，ATV的摄取也显著高于对照 IgG，主要在脊髓灰质。这说明 ATV在较大的灵长类动物大脑中能够实现更高的中枢神经系统暴露和更广泛均匀的生物分布。

综合来看，这项研究全面且无偏地从全身到单细胞分辨率对非靶向对照 IgG 抗体、ATV和 ATV的生物分布进行了研究。研究发现，ATV 能够广泛分布到许多实质细胞类型和血脑屏障内皮细胞，而对照 IgG 主要局限于脉络丛上皮细胞、脑膜和血管周围细胞。在器官水平上，研究揭示了这些分子在整个小鼠体内独特的器官特异性生物分布。在食蟹猴大脑和脊髓中的研究也表明，ATV的分布模式与之前在人类脊髓中的 TfR 免疫染色模式相似。

这些发现具有重要意义。一方面，它们揭示了控制 IgG 摄取和分布的途径如何影响其在中枢神经系统中的分布，为理解中枢神经系统药物递送机制提供了新的视角。另一方面，研究结果为中枢神经系统疾病的治疗提供了更有针对性的策略。例如，对于那些需要药物广泛分布到大脑实质的疾病，ATV和 ATV可能是更好的选择。此外，研究还为平台选择和进一步研究提供了基础，有助于开发更有效的中枢神经系统治疗药物，为广大中枢神经系统疾病患者带来了新的希望。