Adv Sci：攻克漸凍癥有望像治感冒一樣簡單？密蘇里大學團隊揭示口服GM1納米藥多靶點直擊病根機制

肌萎縮側索硬化癥（ALS）是一種由運動神經元進行性退化導致的致命疾病，其致病機制高度復雜，涉及多個基因和通路，給治療開發帶來巨大挑戰。

2025年1月5日，密蘇里大學Smita Saxena在Advanced Science 發表：Engineered GM1 Intersects Between Mitochondrial and Synaptic Pathways to Ameliorate ALS Pathology，揭示了工程化的GM1（以納米制劑TLN形式）能同時改善ALS中受損的線粒體功能和突觸連接。這項研究不僅揭示了漸凍癥發病的關鍵環節，更帶來一種有望改變治療格局的新策略：安全、可口服、直擊病根。

為識別核心驅動機制，研究團隊結合攜帶C9ORF72突變的人源iPSC運動神經元與C9orf72突變小鼠脊髓組織，開展跨物種蛋白質組分析，發現突觸囊泡釋放障礙、內質網和線粒體應激是保守的ALS病理特征并伴隨蛋白聚集與氧化應激。基于此，研究評估了神經保護分子GM1的治療潛力，并開發了其納米脂質體新劑型Talineuren（TLN），顯著提升生物利用度。GM1可通過穩定線粒體鈣調控、改善能量代謝、緩解內質網應激、抑制蛋白聚集，恢復細胞蛋白質穩態，在C9orf72和SOD1-G93A ALS小鼠模型中有效改善運動功能并延長生存期。該研究揭示了細胞器功能紊亂在ALS發病中的核心作用，支持TLN作為具有臨床前景的疾病修飾治療候選藥物。

圖一 一種基于納米顆粒的高效靶向遞送GM1至中樞神經系統的方法

內源性GM1是一種具有神經營養和神經保護作用的分子，天然存在于神經細胞膜外層，但作為藥物使用時難以穿過血腦屏障（BBB）。研究發現，靜脈注射游離GM1后，其在大鼠血液中4小時內達峰，約24小時清除；盡管腦組織中可檢測到一定水平（高于外周組織），但在腦脊液中幾乎無法檢出，說明其入腦能力極弱。為此，作者開發了一種名為TLN的納米脂質體，將GM1嵌入由鞘磷脂和膽固醇構成的穩定雙層膜中，模擬其天然膜定位。該制劑粒徑均一（20–40 nm）、結構完整、包封率達100%。動物實驗顯示，與游離GM1相比，TLN靜脈給藥后腦內GM1濃度提升近兩倍，顯著增強其穿越血腦屏障的能力；更值得注意的是，即使通過飲用水口服給藥72小時，也能有效提高小鼠腦內GM1水平。這表明TLN不僅改善了GM1的遞送效率，還為非侵入性治療神經系統疾病提供了可行的新途徑。

圖二 TLN治療選擇性作用于線粒體和突觸相關過程

作者利用來自C9ORF72突變型ALS患者和健康對照的誘導多能干細胞（iPSC）分化出運動神經元，研究疾病相關的分子異常及TLN治療的效果。

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結果：

突變神經元存在明顯的代謝紊亂：線粒體相關通路（如TCA循環、氧化磷酸化）和DNA修復過度活躍，而突觸功能（如SNARE復合物）、蛋白質折疊與降解系統則明顯受損。TLN能被神經元高效攝取且在15 μg/mL劑量下表現出穩定的神經保護作用。更重要的是，TLN治療顯著逆轉了這些異常，抑制了過度活躍的代謝通路，同時恢復了突觸功能、內質網蛋白加工能力和核糖體相關活動。具體來看，TLN降低了線粒體蛋白的異常高表達，提升了突觸蛋白（如PNKD）和轉錄調控因子（如MAPK3K1、SMAD5）的水平，表明其有助于重建神經元的正常功能。這些發現說明，TLN不僅有效進入細胞，還能從多方面糾正C9ORF72突變引起的病理變化，具有潛在的疾病修飾治療價值。

圖三 TLN在腦和脊髓中高效攝取與蓄積

作者進一步在ALS的臨床前小鼠模型中評估了TLN的治療潛力。為追蹤其在體內的分布和靶向能力，他們將TLN與近紅外熒光染料DiR偶聯，通過靜脈注射給予小鼠，并在48小時內每隔12小時進行活體成像。

結果：

游離DiR因無法穿過血腦屏障，在腦和脊髓中幾乎無信號；而TLN-DiR則在整個48小時內持續積累且在肝臟和脾臟之外，顯著富集于腦和脊髓組織。為進一步驗證其在中樞神經系統的細胞定位，作者通過靜脈注射將DiI標記的TLN注入小鼠體內，48小時后取腦和脊髓進行共聚焦成像。結果清晰顯示，TLN被神經元高效攝取，熒光信號明顯強于對照組。陽性信號尤其集中在與ALS密切相關的區域：海馬CA1區、初級運動皮層第V層以及腰段脊髓腹角的大型運動神經元。這些結果表明，TLN不僅能有效穿越血腦屏障，還能精準靶向ALS關鍵病理區域的神經元，為其作為潛在治療載體提供了有力證據。

圖四 TLN給藥顯著改善家族性ALS小鼠模型的運動功能并延長生存期

在C9ORF72家族性ALS小鼠模型中，TLN治療顯著改善了運動功能并延長了壽命。在小鼠出現癥狀后開始給予TLN，無論是通過靜脈注射還是更便捷的口服飲水方式，均能有效提升其在轉棒和懸掛測試中的表現，說明運動協調性和肌肉力量得到增強。TLN不影響體重，但能防止典型的肢體抓握異常并明顯保護脊髓中的運動神經元。肌肉組織分析也顯示，TLN可減輕失神經支配損傷，維持正常的肌纖維結構和線粒體功能。最重要的是，TLN大幅延長了小鼠的生存期：雄性平均多活121天以上，雌性也顯著獲益。這些結果表明，TLN不僅能緩解癥狀，還能真正延緩疾病進展，具有重要的治療前景。

本研究證實TLN能有效穿越血腦屏障，多靶點糾正ALS相關的線粒體缺陷、內質網應激和突觸損傷，顯著改善癥狀并延長生存期且支持口服給藥，已獲孤兒藥資格，為ALS治療提供了具有臨床轉化前景的新策略。

文章來源

https://doi.org/10.1002/advs.202514128

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