关于利用SPYTACs高效降解阿尔茨海默病中淀粉样蛋白-β的学术研究报告

一、 主要作者、机构及发表信息

本项研究由Fei Teng、Jing Liu、Tongtong Cui、Xiangtian Tan、Kailun Liu、Zongren Hou、Li Zhou、Yuanzhi Xie、Rongqi Li、Da Li、Bojin Li、Dongmei Wang、Qi Zhou、Baoyang Hu和Wei Li共同完成。作者单位主要来自中国科学院大学医学院、中国科学院动物研究所干细胞与再生医学创新研究院、中国科学院动物研究所器官重建与制造重点实验室以及北京干细胞与再生医学研究院。该研究成果于2026年4月2日发表在顶级学术期刊《Cell》上（卷189，页码1923-1941）。

二、 学术背景与研究目的

本研究属于神经科学、生物医学工程和药物开发交叉领域，聚焦于阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）的治疗新策略。AD的主要病理特征之一是大脑中淀粉样蛋白-β（Aβ）的异常聚集形成斑块。近年来，靶向Aβ的免疫疗法（如单克隆抗体）在临床试验中显示出延缓疾病进展的效果，但也带来了显著的副作用，包括脑部炎症、淀粉样蛋白相关影像学异常（ARIA）以及脑淀粉样血管病（CAA）相关的微出血。这些副作用部分归因于抗体Fc结构域与Fc受体（FcR）相互作用引发的非特异性免疫激活。

针对这一挑战，细胞外靶向蛋白降解（Extracellular Targeted Protein Degradation, eTPD）技术作为一种新兴策略，旨在特异性清除致病性胞外蛋白。然而，现有eTPD平台（如LYTACs）面临血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）渗透性差、生产成本高或可能引发免疫反应等问题。因此，开发一种能够高效、安全地清除大脑和外周Aβ，且副作用更小的新型治疗平台具有迫切需求。

本研究旨在构建一个名为“合成肽编程的溶酶体靶向嵌合体”（Synthetic Peptide-programmed lysosome-TArgeting Chimeras, SPYTACs）的全新eTPD平台。该平台利用完全合成的双特异性肽，通过靶向低密度脂蛋白受体相关蛋白1（LRP1），驱动靶蛋白的内吞和溶酶体降解。LRP1不仅介导内吞，还能促进跨血脑屏障的转胞吞作用。研究的核心目标是验证SPYTACs在AD小鼠模型中降解Aβ的有效性，评估其改善病理和认知功能的效果，并与传统抗体疗法比较其安全性。

三、 详细研究流程与方法

本研究流程系统且严谨，可分为以下几个主要阶段：

第一阶段：SPYTACs平台的设计与体外验证 1. 分子设计：研究团队设计了由三部分组成的双特异性肽：N端靶蛋白结合基序（针对Aβ）、C端受体结合基序（针对LRP1），以及中间的柔性连接肽（GSS linker）。为追踪方便，可在N端添加生物素或FITC标签。基于此设计，合成了包括SPAβ-1在内的多个候选嵌合肽，并构建了相应的突变对照肽（SPAβ-M1: 突变Aβ结合基序；SPAβ-M2: 突变LRP1结合基序；SPAβ-M3: 双基序突变）。 2. 结合亲和力验证：利用表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）技术，系统评估了候选肽与合成寡聚态Aβ42以及重组LRP1各结构域（簇II、III、IV）的结合亲和力。结果显示SPAβ-1对Aβ寡聚体和纤维体具有高亲和力，且能有效结合LRP1。下拉实验（Pull-down assay）进一步证实SPAβ-1能同时结合5×FAD小鼠脑裂解液中的内源性Aβ和肝脏裂解液中的内源性LRP1，而突变体则失去相应结合能力。 3. 内吞与降解机制探究： * 细胞模型：在多种表达LRP1的细胞系（如HepG2, SH-SY5Y）以及LRP1敲低（LRP1KD）或敲除（LRP1KO）细胞中，通过共聚焦显微镜和流式细胞术，评估了SPYTACs介导的荧光标记链霉亲和素（模拟靶蛋白）或荧光标记Aβ的内吞。结果证实，只有同时含有Aβ和LRP1结合基序的SPAβ-1能有效驱动LRP1依赖性的内吞，并将货物递送至溶酶体（与Lysotracker共定位）。 * 降解验证：构建了稳定表达细胞表面锚定型Aβ（csAβ）的细胞系。SPAβ-1处理导致细胞表面csAβ信号随时间显著减少，证实了其降解能力。 * 通路抑制实验：使用多种抑制剂明确了SPYTACs的作用通路：LRP1拮抗剂RAP、网格蛋白介导的内吞（Clathrin-Mediated Endocytosis, CME）抑制剂（蔗糖、MβCD、Pitstop 2）可阻断内吞；溶酶体抑制剂（氯喹、Bafilomycin A1）和自噬-溶酶体融合抑制剂（CA-5F）可阻断降解，表明其通过经典的LRP1/CME途径内化，并经由溶酶体和自噬溶酶体途径降解。 * 平台通用性证明：通过将Aβ结合基序替换为靶向Myc标签的序列，成功构建了SPMyc-1，证明其可介导抗Myc抗体的内吞和降解，展示了SPYTACs平台的模块化和可编程性。此外，通过基因编码分泌型SPs，也证明了其遗传编码能力。

第二阶段：SPYTACs的体内分布、BBB穿透能力及外周降解功效 1. 体内生物分布：通过近红外成像和离体器官成像，发现静脉注射的SPAβ-1/Cy5.5-SA复合物或SPAβ-1/Cy5.5-Aβ42复合物主要富集于肝脏，且SPAβ-1组大脑中的信号显著高于对照，提示其具有BBB穿透潜力。活体显微镜观察进一步显示，SPAβ-1能将Aβ42有效递送至肝细胞内的溶酶体。 2. BBB穿透机制验证： * 体内实验：向5×FAD小鼠注射生物素化SPAβ-1后，高分辨率共聚焦显微镜显示其信号可进入大脑，并与脑内Aβ斑块部分共定位。注射FITC-SPAβ-1/HF555-Aβ42后，脑内溶酶体中Aβ信号增强。 * 体外BBB模型：建立了由脑内皮细胞（bEnd.3，顶室）和胶质母细胞瘤细胞（U251，底室）组成的Transwell模型。实验证明，SPAβ-1能从顶室穿过内皮屏障，被底室的U251细胞内吞，且此过程依赖于bEnd.3细胞（转胞吞）和U251细胞（内吞）上的LRP1。LRP1敲低或敲除显著削弱了这一过程。

第三阶段：SPYTACs在AD小鼠模型中的治疗功效评估 研究使用5×FAD转基因小鼠作为AD模型，在两个疾病阶段进行评估：前驱期（5月龄）和症状期（9月龄）。 1. 治疗方案：小鼠被分为三组：SPAβ-1治疗组（5×FADsp）、Lecanemab（一种抗Aβ抗体）阳性对照组（5×FADlecam）和Vehicle IgG阴性对照组（5×FADveh）。SPAβ-1采用每日腹腔注射（20 mg/kg），连续30天的高频给药策略，以弥补其在体内快速清除的药代动力学特性。 2. 病理学与生物化学分析： * Aβ负荷：通过Thioflavin-S（Thio-S）染色和免疫组化（MOAB-2抗体）定量分析脑内Aβ斑块的数量和面积。使用DEA和甲酸分级提取法测量脑内可溶性与不可溶性Aβ水平。ELISA检测血浆Aβ水平。 * 神经元与突触评估：通过NeuN免疫荧光染色评估神经元存活和皮层厚度；采用高尔基染色定量树突棘密度，以评估突触完整性。 * 认知行为学测试：采用莫里斯水迷宫（Morris Water Maze, MWM）评估空间学习和记忆能力；新物体识别（Novel Object Recognition, NOR）测试评估识别记忆；Y迷宫测试评估空间工作记忆；旷场实验评估焦虑样行为和运动能力。 3. 安全性评估： * CAA与微出血：通过Thio-S与CD31（内皮细胞标记）共染色评估脑淀粉样血管病。通过向8月龄5×FAD小鼠脑室内注射APP/PS1小鼠脑匀浆诱导CAA，随后进行治疗，并用普鲁士蓝染色检测脑内微出血（含铁血黄素沉积）。 * 神经炎症：通过Iba1免疫染色评估小胶质细胞激活；通过ELISA检测脑内炎症因子（如TNF-α, IL-6）水平。 * 单细胞RNA测序（scRNA-seq）：对治疗组小鼠的海马组织进行scRNA-seq，分析不同细胞类型（特别是小胶质细胞和星形胶质细胞）的转录组变化，深入探究治疗对神经炎症和细胞状态的影响。 * 全身毒性：检测血清肝功能指标，并对主要器官（肝、肺、肾、心）进行组织学检查，评估治疗相关的全身毒性。

四、 主要研究结果

1. SPYTACs有效介导LRP1依赖的靶蛋白降解：体外实验证实，SPAβ-1能特异性同时结合Aβ和LRP1，形成三元复合物。它通过LRP1介导的CME途径，将Aβ等靶蛋白内吞并运送至溶酶体降解。该过程严格依赖LRP1，且具有高度的靶标选择性。
2. SPYTACs可实现外周和中枢协同Aβ清除：体内分布实验表明，SPAβ-1能高效地将Aβ靶向至肝脏进行降解，同时借助LRP1的转胞吞作用穿透血脑屏障进入大脑。体外BBB模型和体内脑部成像均证实了其BBB穿透能力。
3. SPYTACs在前驱期AD小鼠模型中展现卓越疗效：
   • 降低Aβ负荷：SPAβ-1治疗显著降低了5×FAD小鼠血浆和脑内的Aβ水平，减少了海马和皮层中Aβ斑块的数量和面积，效果优于或等同于Lecanemab。
   • 改善病理与保护神经元：治疗减轻了神经元变性，保留了树突棘密度，表明对神经元和突触有保护作用。
   • 挽救认知功能：在MWM和NOR测试中，5×FADsp小鼠表现出显著改善的空间学习、记忆巩固和识别记忆能力，效果与Lecanemab组相当。
4. SPYTACs相较于抗体疗法具有显著安全性优势：
   • 降低CAA和微出血风险：Lecanemab治疗组出现了明显的血管周Aβ沉积（CAA）和诱导CAA模型后的微出血增加，而SPAβ-1治疗组则与Vehicle对照组无差异，背景水平极低。
   • 减轻神经炎症：SPAβ-1治疗组的小胶质细胞激活程度和脑内炎症因子（TNF-α, IL-6）水平均显著低于Lecanemab组。scRNA-seq分析进一步揭示，SPAβ-1治疗抑制了海马组织中促炎基因（如细胞因子、趋化因子、NF-κB通路基因）的表达，并下调了小胶质细胞和星形胶质细胞的疾病相关状态（DAM/DAA）基因。相反，它上调了与神经保护相关的小胶质细胞和星形胶质细胞特征基因。而Lecanemab治疗则呈现促炎趋势。
5. SPYTACs在症状期AD小鼠模型中依然有效：在9月龄已有明显病理的5×FAD小鼠中，SPAβ-1治疗同样能有效减少脑Aβ负荷，保护突触，减轻神经炎症，并显著改善其在MWM、Y迷宫和NOR测试中的认知表现。
6. 良好的耐受性：长期SPAβ-1治疗未引起小鼠体重显著变化，血清肝功能指标正常，主要器官未见明显病理损伤，表明其具有良好的全身耐受性。

五、 研究结论与价值

本研究成功开发并验证了SPYTACs这一全新的、完全合成的肽基eTPD平台。其主要科学价值和应用意义在于： 1. 提出了一种创新的AD治疗策略：SPYTACs通过协同清除外周和大脑中的Aβ，在AD小鼠模型的前驱期和症状期均能有效减轻病理、保护神经元并改善认知功能，为AD治疗提供了新的工具和思路。 2. 解决了现有疗法的关键缺陷：与传统的抗Aβ抗体相比，SPYTACs因其不含Fc结构域，避免了FcR介导的炎症反应和免疫激活，从而显著降低了ARIA、CAA相关微出血和神经炎症等严重副作用的风险，展现出更优的安全性。 3. 展示了一个高度模块化、可编程的平台技术：SPYTACs的核心优势在于其完全合成、模块化的设计。通过替换靶蛋白结合基序，理论上可以靶向任何感兴趣的胞外或膜蛋白；通过替换受体结合基序，可以利用不同的内吞受体。其遗传编码性也为细胞治疗或基因治疗应用提供了可能。本研究通过靶向Myc标签证明了该平台的通用性。 4. 阐明了明确的作用机制：研究详细阐明了SPYTACs通过LRP1介导的内吞和溶酶体降解途径，以及其借助LRP1实现BBB穿透的机制，为后续优化和开发类似平台奠定了坚实的理论基础。

六、 研究亮点

1. 概念创新：首次报道了完全由合成肽构成的、利用LRP1实现BBB穿透和靶蛋白降解的双功能eTPD平台。
2. 疗效与安全性兼备：在高效降解Aβ、改善AD病理和认知功能的同时，显著降低了传统抗体疗法常见的副作用，实现了疗效与安全性的平衡。
3. 机制深入：从分子结合、细胞通路、体外BBB模型到体内分布和降解，全方位、多维度地验证并阐明了SPYTACs的作用机制。
4. 对比研究充分：在整个研究中，始终以临床已获批准的抗体药物Lecanemab作为阳性对照，并在疗效和安全性（特别是炎症和微出血方面）进行了系统的头对头比较，增强了结论的说服力。
5. 技术手段先进：综合运用了SPR、高分辨率成像、流式细胞术、scRNA-seq等多种前沿技术，从微观结合到宏观表型，从分子机制到系统生物学响应，提供了全面而深入的证据链。

七、 其他有价值的内容

研究也坦诚指出了当前SPYTACs技术的局限性：主要是其在体内的系统清除速度较快，需要高频给药以维持疗效。这提示未来的研究方向可以集中在通过合理的氨基酸修饰（如使用D-型氨基酸、非经典氨基酸或环化策略）来提高肽的体内稳定性，从而延长其半衰期，优化给药方案。此外，进行更长期的疗效和安全性研究对于推动其临床转化也至关重要。总体而言，本研究为开发下一代针对AD及其他由致病性胞外蛋白驱动的疾病（如神经退行性疾病、癌症）的靶向降解疗法开辟了新的道路。