科學家發現可用于治療神經退行性疾病的新靶點

　　在一項新的研究中，來自美國斯坦福大學的研究人員發現利用抗體阻斷一種蛋白的活性能夠改善衰老小鼠的認知行為。相關研究結果發表在2019年4月11日的Nature期刊上，論文標題為“CD22 blockade restores homeostatic microglial phagocytosis in ageing brains”。論文通訊作者為斯坦福大學醫學院神經學與神經科學教授Tony Wyss-Coray博士。論文第一作者為斯坦福大學醫學院的博士生John Pluvinage。

圖片來自Nature, 2019, doi:10.1038/s41586-019-1088-4。

　　Wyss-Coray多年來一直致力于研究是什么原因導致大腦隨著年齡的增長而失去敏銳性。他的研究重點之一是一種稱為小膠質細胞的腦細胞，它既是大腦的免疫細胞，又是大腦的垃圾清理細胞。在小膠質細胞保持大腦健康的眾多不同功能中，有一種功能是清除在正常代謝活動過程中累積的細胞碎片和蛋白沉積物。

　　一般而言，小膠質細胞的垃圾收集性能在衰老的大腦中下降了。為什么會發生這種情況，以及存在缺陷的垃圾清理功能在多大程度上導致了與年齡相關的認知損失，目前還不清楚。Wyss-Coray說，但是，無論如何，小膠質細胞的不良表現在神經退行性變中起著一定的作用，這是一個好的苗頭。

　　他說，“許多基因的高風險變體近期已被發現與阿爾茨海默病有關，而且人們已知這些基因僅在大腦的小膠質細胞中是有活性的。 小膠質細胞基因的激活模式在阿爾茨海默病患者和其他神經退行性疾病（包括帕金森病和肌萎縮側索硬化癥）中都是異常的。我們認為我們可能已經找到了一種方法，讓這些細胞重新回到正軌，讓它們像我們年輕時一樣發揮功能。”

　　小膠質細胞和體內其他類型的免疫細胞所采用的先攝取后消化程序稱為吞噬作用（phagocytosis）。這項研究使用實驗室技術鑒定一些小鼠基因，它們的活性破壞或增強小膠質細胞的吞噬作用，而且它們的活性水平隨年齡增長顯著增加或減少。

　　阻斷基因的功能

　　這些研究人員挑選了大約3000個編碼蛋白的基因，他們挑選的標準是這些基因已被藥物靶向，或者已經成為藥物開發的靶點。他們一次一個地阻斷每個基因編碼蛋白的能力。目的是了解每次阻斷如何影響體外培養的小鼠小膠質細胞攝取熒光標記乳膠小顆粒的能力。（小膠質細胞發出的熒光越亮，它們的攝取能力越好。）

　　在一項平行實驗中，這些研究人員確定了在這大約3000個基因中，哪些基因在來自年輕小鼠海馬體的小膠質細胞中的活性比要比年老小鼠更高或更低。（海馬體是一種大腦結構，大腦兩側各一個，對學習和記憶至關重要。）

　　令人吃驚的是，當這些研究人員比較這兩項實驗的結果時，他們發現只有一個基因影響了小膠質細胞的吞噬作用，并且它在小膠質細胞中的活性隨著年齡的增長而顯著增加。相比于年輕的小膠質細胞，較老的小膠質細胞產生了這個基因的更多的拷貝，并且敲除它的功能極大地改善了小膠質細胞的吞噬作用。

　　Wyss-Coray說，“如今，我們有了一個初步的可疑對象，即一個以前從未涉及小膠質細胞垃圾清除的基因。”因此，他們專注于這個名為CD22的基因，它存在于小鼠和人類身上。

　　在后續實驗中，CD22蛋白在老年小鼠小膠質細胞表面上的表達水平是年輕小鼠小膠質細胞的3倍，從而證實了對這個基因活性的發現。這種蛋白可用抗體加以阻斷。抗體體積較大，不易穿透細胞，但它們非常適合靶向細胞表面蛋白。

　　注射抗體

　　Wyss-Coray團隊將CD22蛋白的抗體（即CD22阻斷抗體）注射到小鼠大腦一側的海馬體內。他們還將類似的不能與CD22結合的抗體---啞抗體（dummy antibody）---注射到小鼠大腦另一側的海馬體中。

　　與這些抗體一起，這些研究人員還注射了熒光標記的髓磷脂片段。髓磷脂覆蓋著許多神經細胞，為它們提供絕緣。但是，髓鞘碎片在衰老的大腦中積聚，并且已經證實破壞了小膠質細胞清除這種碎片的能力。

　　Wyss-Coray及其同事們發現，48小時后，他們注射到小鼠海馬體中的髓磷脂片段在注射CD22阻斷抗體的大腦一側的海馬體中要比在注射啞抗體的大腦另一側的海馬體中少得多。

　　Pluvinage說，“小膠質細胞是小鼠大腦中唯一真正表達CD22蛋白的細胞，因此這種差異可能是由于CD22阻斷抗體對小膠質細胞的影響。”

　　這些研究人員進行了類似的實驗，讓一種稱為β-淀粉樣蛋白的蛋白---這種蛋白在大腦中的聚集是阿爾茨海默病的一種典型特征---或者α-突觸核蛋白---一種與帕金森病相關的蛋白---替換髓磷脂。在這兩種情況下，位于大腦一側的暴露于CD22阻斷抗體的小膠質細胞在攝取神經變性相關物質方面勝過位于大腦另一側的未暴露于CD22阻斷抗體的小膠質細胞。

　　隨后，這些研究人員將暴露時間從48小時延長到整整一個月。他們重新配置了他們的注射技術，在此暴露期間在大腦兩側提供連續的CD22阻斷抗體輸注。除了獲得大量的與早期研究結果一致的研究結果外，Wyss-Coray團隊觀察到接受這些輸注的小鼠在兩種不同的通常用于評估它們的認知能力的學習和記憶測試中的表現優于同齡的對照小鼠。

　　Wyss-Coray說，“這些小鼠變聰明了。阻斷它們的小膠質細胞表面上的CD22讓它們的認知功能恢復到年輕小鼠的水平。CD22是我們認為可用于治療神經退行性疾病的新靶點。”