关于一新型高效跨越血脑屏障的非嵌合药物输送载体K16ApoE的机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81703410
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    19.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H3404.生物技术药物
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The enzyme replacement therapy (ERT) has been proved to be the most effective way for lysosomal storage disorder (LSD) treatment. However, the blood-brain barrier (BBB) presents a major challenge to deliver therapeutics in central nervous system (CNS), which limits the application of ERT in CNS-involved LSD. Methods do exist to help recombinant lysosomal protein therapeutics cross the BBB in animal models but results have been modest in terms of low levels achievable in the brain and therapeutic value in terms of increasing the life-span of animal models remains to be demonstrated in a convincing way. We recently reported an efficacy study on a novel in-trans peptide carrier (K16ApoE) in late-infantile neuronal ceroid lipofuscinosis (LINCL) mouse model. Results demonstrated that supraphysiological levels of TPP1 were achieved in the brain after co-injection of TPP1 and K16ApoE mixture. Importantly, peptide-mediated delivery of TPP1 from the bloodstream into the brain translates into significantly increased lifespan. However, the mechanism of action of K16ApoE is yet to be definitively elucidated which greatly limits its clinical translational potential. Here, we propose this study to dissect the mechanism of K16ApoE mediated drug delivery across BBB. Specifically, we will explore the pharmacokinetics mechanism of K16ApoE, the route and distribution of K16ApoE from blood to brain, the specificity of the therapeutics delivered by K16ApoE and the interaction between K16ApoE and BBB. Based on the characterization of mechanism, we will further optimize the sequence of K16ApoE to screen for the candidate with optimal therapeutic index. Meanwhile, the computer simulation model for K16ApoE pharmacokinetics will be developed to compute the best injection parameters, which will then be testified in in vivo model. The study will lay the foundation for the long-term efficacy study in preclinical animal models. Overall, success in these studies will be a major breakthrough, changing the way we think about therapy for CNS disorders.
酶替代疗法(ERT)是治疗溶酶体疾病(LSD)最有效的方法。 血脑屏障(BBB)严重阻碍药物入脑, 限制了ERT在含中枢神经系统(CNS)病变的LSD中的应用。 目前已有的跨越BBB的方法其缺陷在于药物入脑量很低且无明显疗效如延长疾病小鼠平均寿命。 研究表明一新型多肽载体(K16ApoE)在一LSD疾病小鼠模型中, 通过与三肽基肽酶I非共价结合可大量将药物输送入脑且小鼠寿命显著延长。 然而K16ApoE的作用机制不清限制了其临床转化的可能性。因此,本项目将从K16ApoE的药代动力学机制及其入脑途径, K16ApoE与药物以及BBB的相互作用对该多肽的作用机理展开深入研究。 在阐明K16ApoE作用机制的基础上进一步对序列进行优化, 同时建立药代动力学生物仿真模型优化注射指数。为未来动物体内的长期功效研究提供重要支持。本项目的结果对LSD乃至CNS疾病的治疗具有变革性意义。

结项摘要

前期研究发现多肽K16ApoE可高效跨越血脑屏障(BBB)送药入脑。由于无需与被输送药物构建嵌合体,K16ApoE有望成为颅内药物的通用输送载体。然而其毒性导致治疗指数(有效剂量ED/最大承受剂量MTD)偏低,大大限制了该多肽的临床转化。本研究首先针对该多肽在BBB上的作用机制展开,随后对其毒性机制进行了探索。..对于K16ApoE的作用机制研究主要从以下三个方面进行:1)确定K16ApoE在血液及组织内的药代动力学曲线及其入脑途径;2)确定K16ApoE与携带药物之间是否具有特异性;3)揭示K16ApoE的重要功能序列,明确其在BBB上的作用机制。实验结果表明K16ApoE在携带药物进入脑实质后会快速降解,而颅内药物在深层神经元的分布多于表层;在K16ApoE的作用下,TPP1与血清蛋白均可入脑,然而脑内标准蛋白含量无明显改变,说明该多肽与被携带药物之间的作用非特异性,且输送药物过程不会破坏BBB造成泄露;对K16ApoE重要功能序列的研究发现带正电荷的K16序列对TPP1的入脑效力有着重要作用, 并同时与其毒性作用密切相关。..考虑到K16可能作为该多肽效力与毒性机制的共同靶点,我们从四个方面探索了毒性机制:1)小鼠毒性症状与病理观察;2)K16ApoE变体的细胞毒性;3)K16ApoE与乙酰胆碱酯酶(AChE)的相互作用;4)钙离子对K16ApoE毒性的影响。结果表明接受高剂量多肽注射后小鼠呼吸困难,肌肉痉挛,甚至死亡。尸检报告未发现明显器官病变,死亡前的脑电波无异常;当多肽中的K16序列被16个组氨酸取代后,该多肽细胞毒性消失,同时效力消失,再次证明K16是毒性与效力的共同关键序列;K16ApoE对AChE的酶活影响呈现复杂剂量性效应:抑制-激活-再抑制。改变K16ApoE中赖氨酸的数量虽然不影响抑制-激活-再抑制的效应,但对于激活期所需的多肽含量有显著改变,而且K12ApoE与K20ApoE在雌性和雄性小鼠中的剂量效应显著不同;钙离子在保证TPP1入脑效力的前提下可以显著降低K16ApoE的毒性,初步证实了K16ApoE与钙离子竞争结合肌钙蛋白导致其致死毒性的假说。..基于本研究,我们会进一步研究钙离子解毒机制,优化解毒方案,为未来K16ApoE临床转化提供重要理论依据。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
Traditional Chinese Medicine in Emergency Treatment Mechanism and Application
中医急救机制及应用
  • DOI:
    10.2147/oaem.s244110
  • 发表时间:
    2020-01-01
  • 期刊:
    OPEN ACCESS EMERGENCY MEDICINE
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Meng, Yu;Michelena, Toby M.;Zhang, Ruifeng
  • 通讯作者:
    Zhang, Ruifeng
Identification and Validation of Reference Genes for RT-qPCR Analysis in Switchgrass under Heavy Metal Stresses
重金属胁迫下柳枝稷 RT-qPCR 分析参考基因的鉴定和验证
  • DOI:
    10.3390/genes11050502
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Genes
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Junming Zhao;Man Zhou;Yu Meng
  • 通讯作者:
    Yu Meng

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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