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高小玲/陈红专团队开发“纳米刹车”,阻断线粒体功能障碍级联反应,改善阿尔茨海默病的病理和认知

来源:生物世界 2023-02-15 11:55

研究团队创新性设计了一种以Ca2+的天然拮抗剂——镁离子(Mg2+)为纳米核心的核酸药物载体,阻断线粒体功能障碍的关键上游信号通路,有效保护线粒体。

近日,上海交通大学医学院高小玲教授和上海中医药大学陈红专教授团队合作,在 Advanced Science 期刊发表了题为:Nano-brake Halts Mitochondrial Dysfunction Cascade to Alleviate Neuropathology and Rescue Alzheimer’s Cognitive Deficits 的研究论文。

 

该研究聚焦阿尔茨海默病(AD)病理过程中线粒体功能障碍级联反应的关键机制,针对上游信号通路-钙离子(Ca2+)稳态失衡和线粒体膜通透性转换孔(mPTP)开放的环节,提出双击制动的“纳米刹车”新策略,协同阻断线粒体Ca2+过载和mPTP过度开放,保护线粒体,减轻AD神经病理损伤,改善认知功能。

 

 

线粒体是高度动态复杂的细胞器,对于能量代谢、细胞内Ca2+稳态、活性氧(ROS)产生以及细胞凋亡等均起着重要调控作用。线粒体功能障碍直接影响脑内神经元结构与功能,也是阿尔茨海默病(AD)等神经退行性疾病的重要病理机制之一,靶向线粒体作为AD干预策略的越来越受到学界关注。线粒体功能障碍的关键上游信号通路主要为Ca2+稳态失调和mPTP过表达且持续开放。

 

亲环素D(CypD)是mPTP的关键调控蛋白,在AD病理条件下,线粒体内ROS和Ca2+异常升高,CypD表达增加并由基质转移到线粒体内膜上,从而促进mPTP的开放,mPTP的持续开放导致线粒体肿胀、膜去极化、ATP合成停止和细胞色素C等促凋亡因子释放进入胞质,导致细胞凋亡,形成恶性循环,促进AD的病理进展。

 

研究团队创新性设计了一种以Ca2+的天然拮抗剂——镁离子(Mg2+)为纳米核心的核酸药物载体,阻断线粒体功能障碍的关键上游信号通路,有效保护线粒体。


Mg2+因其原子结构和Ca2+类似,一方面作为拮抗剂,缓解线粒体内Ca2+稳态失调引起的病理改变,另一方面,通过同磷酸根之间的强相互作用,与CypD siRNA共同形成纳米尺寸的沉淀核心,封装在脂质纳米载体中;针对AD中受损神经血管单元(NVU)处高表达MMP9的病理特征,在纳米载体表面修饰MMP9敏感的功能性穿膜肽,由此构建具有一定病灶靶向性的线粒体功能障碍级联反应的纳米刹车(Nano-brake)。


其在病灶处暴露穿膜肽,迅速被靶细胞摄取,通过载带的Mg2+和CypD siRNA协同抑制Ca2+过载并降低CypD表达,由此有效阻断线粒体功能障碍级联,挽救不同类型脑细胞的结构与功能,改善AD认知功能障碍。该研究通过精妙的纳米药物设计提供了一种有效保护线粒体、改善AD认知的干预新策略。

 

 

上海交通大学医学院章倩博士、高级实验师宋清香博士以及博士研究生余人和为该论文的共同第一作者,高小玲教授和上海中医药大学陈红专教授为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、上海市科委和上海市高水平大学创新团队项目的资助。

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