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新型合成肽平台SPYTACs高效清除阿尔茨海默病淀粉样蛋白-β病理
一、 研究团队与发表信息
本研究由中国科学院大学医学院及中国科学院动物研究所（State Key Laboratory of Organ Reconstruction and Regeneration, Institute of Zoology, Chinese Academy of Sciences）等机构的研究团队合作完成。主要作者包括滕飞、刘静、崔彤彤等，通讯作者为周琪研究员、胡宝洋研究员和李伟研究员。这项研究成果于2026年4月2日发表在国际顶级学术期刊 Cell 上（卷189，1-19页）。
二、 学术背景
本研究的核心科学领域是神经退行性疾病，特别是阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）的治疗方法学。AD的主要病理特征之一是脑内淀粉样蛋白-β（Aβ）的异常聚集形成斑块。基于“淀粉样蛋白级联假说”，清除脑内Aβ沉积被认为是治疗AD的核心策略。近年来，靶向Aβ的免疫疗法（如Lecanemab等抗体药物）在临床试验中显示出延缓早期AD进展的潜力。然而，此类疗法常引发严重的不良反应，包括脑部炎症、淀粉样蛋白相关影像学异常（amyloid-related imaging abnormalities, ARIA）以及与脑淀粉样血管病（cerebral amyloid angiopathy, CAA）相关的微出血，这些副作用严重限制了其临床应用的安全窗口。因此，开发能够高效、选择性清除Aβ同时最小化副作用的新策略是AD治疗领域的迫切需求。
近年来，细胞外靶向蛋白质降解（Extracellular Targeted Protein Degradation, ETPD）技术，如溶酶体靶向嵌合体（Lysosome-Targeting Chimeras, LYTACs），作为一种新兴策略，为清除致病性胞外和膜蛋白提供了新思路。然而，现有ETPD制剂（如基于抗体、融合蛋白、核酸适体等）的血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）通透性普遍不佳，限制了其在AD等中枢神经系统疾病中的应用。相比之下，基于多肽的平台具有设计合成简单、成本效益高、BBB穿透潜力好等优势，并且不含可能引发Fc受体介导的炎症反应的抗体Fc结构域。
基于以上背景，本研究旨在开发一种新型的、基于完全合成双特异性多肽的ETPD平台，命名为合成肽编程的溶酶体靶向嵌合体（Synthetic Peptide-Programmed Lysosome-Targeting Chimeras, SPYTACs）。该平台计划利用低密度脂蛋白受体相关蛋白1（Low-Density Lipoprotein Receptor-Related Protein 1, LRP1）这一在肝脏和大脑等多种组织中广泛表达的受体，驱动靶蛋白的内吞和溶酶体降解，并利用其介导的跨BBB转运作用，实现对中枢和外周Aβ的协同清除，最终在AD小鼠模型中验证其疗效和安全性。
三、 详细研究流程
本研究流程系统且复杂，主要包含以下几个关键阶段：
1. SPYTAC平台的设计与构建： * 研究设计： 研究人员设计了SPYTAC的基本架构：一条完全合成的双特异性多肽，包含三个功能域——N端的靶蛋白结合基序、C端的LRP1受体结合基序，以及连接两者的柔性连接子。为了靶向AD的核心病理蛋白，初始设计聚焦于同时结合Aβ和LRP1的嵌合肽。 * 材料与方法： 合成了包括SP-Aβ-1在内的一系列候选多肽，并设计了三种突变对照（SP-Aβ-M1：Aβ结合基序突变，保留LRP1结合；SP-Aβ-M2：LRP1结合基序突变，保留Aβ结合；SP-Aβ-M3：两个基序均突变）。利用表面等离子体共振技术系统评估了这些多肽与合成Aβ寡聚体以及重组LRP1不同结构域的结合亲和力。结果显示SP-Aβ-1对Aβ寡聚体/纤维以及LRP1各结构域均表现出纳摩尔级的高亲和力，因此被选为后续研究的核心分子。 * 机制验证： 通过下拉实验，在5×FAD（一种常用的AD模型小鼠）的脑裂解液和野生型小鼠的肝脏裂解液中证实了SP-Aβ-1能够同时特异性结合内源性的Aβ和LRP1蛋白。利用稳定敲低了LRP1的HepG2细胞系，证明SP-Aβ-1与LRP1的结合是特异性的。通过共免疫沉淀和三元复合物下拉实验，进一步证实了SP-Aβ-1能够同时桥接Aβ和LRP1，形成三元复合物，这是其发挥作用的结构基础。
2. SPYTAC介导靶蛋白降解的体外机制研究： * 研究对象： 使用了多种LRP1阳性的细胞系，如肝细胞系（HepG2, Huh-7, AML12）、脑内皮细胞系（bEnd.3）、神经元样细胞系（SH-SY5Y）等，以及LRP1阴性的HeLa细胞作为对照。同时构建了LRP1敲低（LRP1 KD）和敲除（LRP1 KO）的细胞系以验证LRP1依赖性。 * 内吞与降解过程可视化： * 内吞实验： 将生物素标记的SPYTACs与荧光标记的链霉亲和素（如FITC-SA）或荧光标记的Aβ共孵育细胞。通过活细胞成像和流式细胞术分析，发现只有同时具备Aβ和LRP1结合能力的SP-Aβ-1能够高效地将荧光信号（代表SPYTAC本身或其携带的Aβ）内吞至细胞内，并与溶酶体探针共定位。这种内吞作用在LRP1阳性细胞中显著，而在LRP1 KD或LRP1阴性细胞中被极大削弱。 * 降解动力学研究： 构建了稳定表达细胞表面锚定Aβ的HepG2细胞系。用SP-Aβ-1处理后，通过共聚焦显微镜和流式细胞术观察到细胞膜表面的Aβ信号随时间显著减少，定量表明24小时后降解率约达50%，直接证明了SPYTACs能降解膜结合蛋白。 * 机制通路探究： 使用了一系列药理学抑制剂来干扰不同的细胞通路。结果显示，LRP1拮抗剂RAP、网格蛋白介导的内吞抑制剂（蔗糖、甲基-β-环糊精、Pitstop 2）以及溶酶体功能抑制剂（氯喹、Bafilomycin A1）均能显著抑制SPYTACs的内吞和/或降解信号。此外，抑制自噬体形成（ATG7-IN-2, DC-LC3IN-D5）或自噬体-溶酶体融合（CA-5F）也部分削弱了降解效果，表明SPYTACs利用了经典的LRP1/网格蛋白依赖的内吞途径，并将靶蛋白导向溶酶体和自噬溶酶体途径进行降解。 * 平台通用性验证： 通过将Aβ结合基序替换为靶向c-Myc标签的抗体的结合序列，成功构建了靶向c-Myc抗体的SPYTAC。实验证明，该新型SPYTAC能有效将荧光标记的c-Myc抗体内吞并转运至溶酶体，展示了SPYTAC平台的高度可编程性。
3. SPYTACs的体内分布、BBB穿透及外周降解能力评估： * 体内分布研究： 在小鼠模型中，通过近红外活体成像技术，静脉注射SP-Aβ-1与荧光标记物（Cy5.5-SA或Cy5.5-Aβ）的复合物。结果显示，SP-Aβ-1能有效地将荧光信号主要靶向递送至肝脏，同时也观察到其在大脑中有显著高于对照组的积累，提示其具有BBB穿透能力。 * 跨BBB转运机制验证： 这是本研究的关键环节之一。 * 体内验证： 对经SPYTACs处理的小鼠脑切片进行高分辨率共聚焦成像，发现SP-Aβ-1不仅能进入脑实质，还能与脑内的Aβ斑块部分共定位，并促进Aβ与溶酶体标记物的共定位。 * 体外BBB模型验证： 构建了由小鼠脑内皮细胞bEnd.3（模拟BBB，种植于transwell小室上层）和人胶质母细胞瘤细胞U251（模拟脑内靶细胞，种植于下层）组成的体外BBB模型。当在上层小室加入SP-Aβ-1和荧光报告分子时，在下层的U251细胞中能检测到强烈的荧光信号，并且该信号与溶酶体共定位，证明SP-Aβ-1能穿过内皮细胞屏障并被脑细胞摄取。通过使用LRP1 KD的bEnd.3细胞或LRP1 KO的U251细胞进行实验，进一步证实了内皮细胞的LRP1介导了跨BBB转运，而脑细胞的LRP1介导了最终的内吞。 * 外周（肝脏）降解验证： 体内活体显微镜观察和肝脏组织切片分析显示，SP-Aβ-1处理组中，进入肝脏的荧光标记Aβ与溶酶体的共定位显著增加，证实了SPYTACs能高效“劫持”肝脏作为外周Aβ降解的主要器官。
4. SPYTACs在AD小鼠模型中的治疗疗效评估： * 动物模型： 使用5×FAD转基因小鼠作为AD模型，分别在疾病前驱期（5月龄）和症状期（9月龄）开始治疗。 * 给药方案： 实验组（5×FAD SP）腹腔注射SP-Aβ-1（20 mg/kg，每日一次，连续30天）。设置两个对照组：阳性对照为使用抗Aβ抗体Lecanemab（5×FAD Lecam），阴性对照为使用同型对照抗体IgG1（5×FAD Veh）。 * 病理学与生物化学分析： * Aβ负荷检测： 通过Thioflavin-S染色、免疫组化、脑匀浆分级提取（DEA可溶性和甲酸可溶性部分）及ELISA等方法，定量分析大脑皮层和海马区的Aβ斑块数量、面积以及不同形态Aβ的水平。结果表明，SPYTAC治疗能显著降低脑内总体Aβ负荷，减少斑块数量和面积，其效果优于或相当于Lecanemab。 * 神经元与突触保护评估： 通过神经元标志物染色、高尔基染色分析树突棘密度，发现SPYTAC治疗能显著减轻神经元退行性变，有效保护树突棘和突触结构。 * 行为学测试： 通过Morris水迷宫测试评估空间学习和记忆能力，通过新物体识别测试评估识别记忆。结果显示，在前驱期和症状期，SP-Aβ-1治疗均能显著改善5×FAD小鼠的认知缺陷，其表现接近野生型小鼠，疗效与Lecanemab相当。 * 安全性评估（重点对比抗体疗法）： * CAA与微出血风险： 通过诱导CAA模型并检测脑内含铁血黄素沉积，发现Lecanemab治疗显著增加了脑微出血的发生率，而SPYTAC治疗组的微出血水平与阴性对照组无差异，表明其规避了抗体疗法加剧CAA相关血管风险的问题。 * 神经炎症反应： 这是本研究揭示的SPYTAC另一大安全优势。通过检测脑内炎症因子（TNF-α， IL-6）水平、小胶质细胞激活标志物（Iba1）以及进行海马组织的单细胞RNA测序分析，发现Lecanemab治疗引发了强烈的神经炎症反应，包括小胶质细胞和星形胶质细胞的促炎状态激活。而SPYTAC治疗则显著抑制了促炎基因的表达，并促进了小胶质细胞和星形胶质细胞向具有神经保护作用的表型转变。 * 全身毒性： 血清肝功能指标检测和主要器官（肝、肺、肾、心）的组织学分析表明，SPYTAC治疗未引起明显的全身毒性。
四、 主要研究结果
这些结果层层递进：从分子构建与机制验证，到体外细胞功能证明，再到复杂的体内分布、BBB穿透和疗效验证，最后通过深入的对比安全性分析，全面且有力地支撑了SPYTACs作为新一代AD治疗策略的有效性和优越性。
五、 结论与研究意义
本研究成功开发了一种名为SPYTAC的全新、模块化、可编程的细胞外靶向蛋白质降解平台。该平台利用完全合成的双特异性多肽，通过劫持内源性LRP1受体，实现了对致病性胞外和膜蛋白的高效、选择性溶酶体降解，并兼具穿透血脑屏障的能力。
其科学价值在于： * 提出了一种新的ETPD范式： 与现有的LYTACs等平台相比，SPYTACs基于全合成多肽，设计更简单，生产更具成本效益，且机制上不依赖于转谷氨酰胺酶2，提供了更直接的靶向降解路径。 * 为AD治疗提供了创新的协同清除策略： 首次实现了通过单一制剂同时协调清除外周（肝脏）和中枢（大脑）的Aβ，从源头和终点双重打击AD病理。 * 明确了规避抗体副作用的新机制： 通过头对头比较，在分子和细胞水平阐明了SPYTACs如何通过避免Fc受体激活，从而减轻神经炎症和血管并发症，为其安全性提供了坚实的理论依据。
其应用价值与转化前景巨大： * 为AD治疗带来了新的希望： SPYTACs在临床前研究中展现出的高效清除Aβ、改善认知且副作用低的特性，使其成为极具潜力的AD候选疗法。 * 平台技术具有广泛适用性： SPYTAC的高度模块化特性意味着其靶点不限于Aβ，通过更换结合基序，有望应用于其他由致病性胞外/膜蛋白驱动的疾病，如其他神经退行性疾病（α-突触核蛋白、Tau蛋白）、自身免疫性疾病甚至癌症。
六、 研究亮点
七、 其他有价值内容
研究也坦诚地指出了当前平台的局限性，主要是未修饰肽在体内会被快速清除，需要频繁给药，且存在长期肝蓄积潜在毒性的担忧。作者提出了未来的改进方向，如通过理性氨基酸修饰（D型氨基酸、非经典残基）或环化策略（订书肽、大环连接子）来提高多肽的体内稳定性，从而优化给药方案，支持长久的疗效和进一步的临床转化。这种对局限性的客观讨论和对未来工作的规划，体现了研究的科学严谨性。