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阻断蛋白CD22有望让衰老大脑返老还童

更新时间:2021-01-02 02:50:01

  在一项新的研究中,来自美国斯坦福大学的研究人员发现利用抗体阻断一种蛋白的活性能够改善衰老小鼠的认知行为。相关研究结果发表在2019年4月11日的Nature期刊上,论文标题为“CD22 blockade restores homeostatic microglial phagocytosis in ageing brains”。论文通讯作者为斯坦福大学医学院神经学与神经科学教授Tony Wyss-Coray博士。论文第一作者为斯坦福大学医学院的博士生John Pluvinage。

  Wyss-Coray多年来一直致力于研究是什么原因导致大脑随着年龄的增长而失去敏锐性。他的研究重点之一是一种称为小胶质细胞的脑细胞,它既是大脑的免疫细胞,又是大脑的垃圾清理细胞。在小胶质细胞保持大脑药王筋骨丹的众多不同功能中,有一种功能是清除在正常代谢活动过程中累积的细胞碎片和蛋白沉积物。

  一般而言,小胶质细胞的垃圾收集性能在衰老的大脑中下降了。为什么会发生这种情况,以及存在缺陷的垃圾清理功能在多大程度上导致了与年龄相关的认知损失,目前还不清楚。Wyss-Coray说,但是,无论如何,小胶质细胞的不良表现在神经退行性变中起着一定的作用,这是一个好的苗头。

  他说,“许多基因的高风险变体近期已被发现与阿尔茨海默病有关,而且人们已知这些基因仅在大脑的小胶质细胞中是有活性的。 小胶质细胞基因的激活模式在阿尔茨海默病患者和其他神经退行性疾病(包括帕金森病和肌萎缩侧索硬化症)中都是异常的。我们认为我们可能已经找到了一种方法,让这些细胞重新回到正轨,让它们像我们年轻时一样发挥功能。”

  小胶质细胞和体内其他类型的免疫细胞所采用的先摄取后消化程序称为吞噬作用(phagocytosis)。这项研究使用实验室技术鉴定一些小鼠基因,它们的活性破坏或增强小胶质细胞的吞噬作用,而且它们的活性水平随年龄增长显著增加或减少。

  阻断基因的功能

  这些研究人员挑选了大约3000个编码蛋白的基因,他们挑选的标准是这些基因已被药物靶向,或者已经成为药物开发的靶点。他们一次一个地阻断每个基因编码蛋白的能力。目的是了解每次阻断如何影响体外培养的小鼠小胶质细胞摄取荧光标记乳胶小颗粒的能力。(小胶质细胞发出的荧光越亮,它们的摄取能力越好。)

  在一项平行实验中,这些研究人员确定了在这大约3000个基因中,哪些基因在来自年轻小鼠海马体的小胶质细胞中的活性比要比年老小鼠更高或更低。(海马体是一种大脑结构,大脑两侧各一个,对学习和记忆至关重要。)

  令人吃惊的是,当这些研究人员比较这两项实验的结果时,他们发现只有一个基因影响了小胶质细胞的吞噬作用,并且它在小胶质细胞中的活性随着年龄的增长而显著增加。相比于年轻的小胶质细胞,较老的小胶质细胞产生了这个基因的更多的拷贝,并且敲除它的功能极大地改善了小胶质细胞的吞噬作用。

  Wyss-Coray说,“如今,我们有了一个初步的可疑对象,即一个以前从未涉及小胶质细胞垃圾清除的基因。”因此,他们专注于这个名为CD22的基因,它存在于小鼠和人类身上。

  在后续实验中,CD22蛋白在老年小鼠小胶质细胞表面上的表达水平是年轻小鼠小胶质细胞的3倍,从而证实了对这个基因活性的发现。这种蛋白可用抗体加以阻断。抗体体积较大,不易穿透细胞,但它们非常适合靶向细胞表面蛋白。

  注射抗体

  Wyss-Coray团队将CD22蛋白的抗体(即CD22阻断抗体)注射到小鼠大脑一侧的海马体内。他们还将类似的不能与CD22结合的抗体---哑抗体(dummy antibody)---注射到小鼠大脑另一侧的海马体中。

  与这些抗体一起,这些研究人员还注射了荧光标记的髓磷脂片段。髓磷脂覆盖着许多神经细胞,为它们提供绝缘。但是,髓鞘碎片在衰老的大脑中积聚,并且已经证实破坏了小胶质细胞清除这种碎片的能力。

  Wyss-Coray及其同事们发现,48小时后,他们注射到小鼠海马体中的髓磷脂片段在注射CD22阻断抗体的大脑一侧的海马体中要比在注射哑抗体的大脑另一侧的海马体中少得多。

  Pluvinage说,“小胶质细胞是小鼠大脑中唯一真正表达CD22蛋白的细胞,因此这种差异可能是由于CD22阻断抗体对小胶质细胞的影响。”

  这些研究人员进行了类似的实验,让一种称为β-淀粉样蛋白的蛋白---这种蛋白在大脑中的聚集是阿尔茨海默病的一种典型特征---或者α-突触核蛋白---一种与帕金森病相关的蛋白---替换髓磷脂。在这两种情况下,位于大脑一侧的暴露于CD22阻断抗体的小胶质细胞在摄取神经变性相关物质方面胜过位于大脑另一侧的未暴露于CD22阻断抗体的小胶质细胞。

  随后,这些研究人员将暴露时间从48小时延长到整整一个月。他们重新配置了他们的注射技术,在此暴露期间在大脑两侧提供连续的CD22阻断抗体输注。除了获得大量的与早期研究结果一致的研究结果外,Wyss-Coray团队观察到接受这些输注的小鼠在两种不同的通常用于评估它们的认知能力的学习和记忆测试中的表现优于同龄的对照小鼠。

  Wyss-Coray说,“这些小鼠变聪明了。阻断它们的小胶质细胞表面上的CD22让它们的认知功能恢复到年轻小鼠的水平。CD22是我们认为可用于治疗神经退行性疾病的新靶点。”

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