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近年来，蛋白水解靶向嵌合体(PROteolysis TArgeting Chimeras, PROTAC)技术已成为利用细胞自身破坏机制去除特定疾病相关蛋白的最有前途的方法之一[1]。除了PROTAC之外，许多不同的靶向蛋白质降解(Targeted Protein Degradation, TPD)策略正在涌现，涉及小分子类的TPD还包括分子胶(Molecular glue)[2]、自噬靶向嵌合体(Autophagy-Targeting Chimera, AUTEC)[3]、自噬体系连化合物(Autophagosome Tethering Compound, ATTEC)[4]、自噬靶向嵌合体(AUTOphagy TArgeting Chimera, AUTOTAC)[5]等。该类化合物多是一种双功能小分子，其结构中含有两部分，一部分包含E3招募配体，用于激活泛素化级联通路；另一部分则是含有靶向目的蛋白(POI)的弹头，二者利用合适的Linker进行组装。进入体内后形成POI-PROTAC-E3三元复合物，诱导POI泛素化并随后通过UPS降解。在许多情况下，其相对较大的分子量(通常> 1000 Da)可能会导致口服生物利用度、溶解度和/或体内药代动力学特性受损(不符合里宾斯基五规则)[6]；此外，某些细胞内蛋白对该类分子具有抗性，因为它们可能不是蛋白酶体清除的底物[7]。针对上述遇到的问题以及PROTAC的“元素”组成，抗体以高选择性和亲和力与任何免疫原性靶点结合(原则上)及其商业化的成功(off-the-shelf)，已被广泛应用到基于溶酶体的降解策略中，该策略被广泛地称为“基于抗体的靶蛋白降解技术（AbTAC）”。根据其组成的不同，该类分子包括基于抗体的PROTAC (AbTAC/PROTAB)[8, 9]、溶酶体靶向嵌合体(Lysosome-Targeting Chimera, LYTAC)[10]、GlueBody靶向嵌合体(GlueBody Targeting Chimera, GlueTAC)[11]、细胞因子受体靶向嵌合体(cytokine receptor-targeting chimeras, KineTACs)[12]和信号介导的溶酶体靶向嵌合体(Signal-mediated lysosome-targeting chimeras, SignalTACs)[13]。这些技术不仅极大地扩展了TPD的范围，而且为抗体药物的发现提供了新的见解。在这里，作者简要总结了抗体介导的靶蛋白降解技术（AbTAC）的最新进展，希望为对此领域感兴趣的研究人员提供参考。  01  信号介导的溶酶体靶向嵌合体（SignalTAC）膜蛋白降解技术依赖于特定的细胞表面溶酶体靶向受体来发挥功效，但这些内化受体的表达随组织和细胞类型的不同而变化，从而对其进一步应用造成了重大限制。溶酶体靶向受体的内吞作用是一个由受体胞质域内信号介导的复杂过程。大多数信号是基于双亮氨酸或基于酪氨酸的肽基序，这些基序被网格蛋白外壳的成分识别，以确保通过网格蛋白介导的内吞作用将蛋白质准确转运到溶酶体中。其中，低密度脂蛋白受体(LDLR)中基于酪氨酸的溶酶体分选基序NPXY (Asn-Pro-X-Tyr，其中X代表任何氨基酸)可用于诱导网格蛋白介导的抗EGFR纳米抗体的内吞作用和溶酶体运输(图1A)[14]。因此，中山大学蔡晓青教授课题组基于上述研究提出了具有溶酶体分选信号的膜蛋白结合物可以形成信号介导的溶酶体靶向嵌合体(Signal-mediated lysosome-targeting chimeras, SignalTAC)，用于靶向膜蛋白的降解(图1B)[13]。SignalTAC与膜蛋白结合内化后，膜蛋白将在酸化的内体区室中与SignalTAC解离，并进入溶酶体进行降解。图1 溶酶体分选基序NPXY介导的靶蛋白降解(A)和SignalTAC作用机制(B)非阳离子依赖型甘露糖-6-磷酸受体(Cation-independent mannose-6-phosphate receptor, CI-M6PR)是一种单跨膜糖蛋白，可介导细胞外配体的内吞作用和新合成的溶酶体酶的细胞内分选，其功效不依赖于任何溶酶体穿梭受体。因此，利用CI-M6PR固有的溶酶体分选信号来开发SignalTAC平台技术。CI-M6PR的内吞作用和分选由其羧基末端的基于双亮氨酸的信号引导(该信号由一簇酸性氨基酸和随后的双亮氨酸组成)，基于上述信息作者构建了一系列基于IgG/Nb的SignalTAC，其中CI-M6PR分选信号通过重链、轻链或两条链融合到IgG抗体的C末端(图2A)，其中Nb1与母本5F7相比细胞荧光显著增强(图2B)；此外，基于Trastuzumab (Tz)改造的含有RRRRK序列的SignalTAC (Ab6)表现出最高的内化能力(图2C)。构效关系研究表明，基于双亮氨酸的基序DEDLL (Asp7−Ile11)对其作用的发挥至关重要(图2D)；同时，对其序列进行截短处理发现P1的13个残基可协同作用促进Nb1的内化(图2E)。 图2. SignalTAC的构建及其构效关系研究利用IgG型SignalTACs对HER2+细胞系(SKBR3、BT474和SKOV3)进行处理，结果表明SignalTACs Ab1−Ab6在三种细胞系中均产生降解作用(图3A)；同时对Ab6的降解作用进行进一步研究，结果表明其浓度在100 nM时处理SKBR3细胞48小时后产生最大的靶蛋白降解效果(图3B)。降解机制研究表明，网格蛋白介导的内吞作用是SignalTAC促进降解机制的关键途径，但仍需要进一步的研究工作来详细了解SignalTAC诱导降解的分子机制。除对靶蛋白HER2产生降解外，SignalTAC还可以下调HER2下游信号(PI3K/AKT/mTOR)的传导，进而促进细胞凋亡并抑制HER2驱动的癌细胞的增殖(图3C)。图3. SignalTAC降解作用的评估基于上述SignalTAC在体外试验中的良好效果，作者在SKOV3小鼠异种移植模型中探究Ab6的抗癌作用，其处理组可显著抑制肿瘤生长，而Tz处理组仅能减缓肿瘤生长(图4A)；Western结果表明肿瘤组织中HER2蛋白大量减少(图4B)；qPCR分析证实Ab6处理组明显高于对照组和Tz处理组的HER2降解水平(图4C)，这些结果表明Ab6的治疗效果优于抗体的自身抑制效果。除了HER2靶点外，作者基于特异性靶向靶蛋白的抗体构建一系列的SignalTACs，可以降解多种发病机制相关的膜蛋白，包括EGFR、PD-L1、CD20和CD71 (图4D)。图4. SignalTAC体内实验结果(A/B/C)及其应用范围的拓展(D)SignalTAC的可调节特征提供了一种简单而通用的策略，以分子精度降解具有挑战性的膜蛋白，并且可能代表具有广泛研究和治疗应用的强大平台。希望通过进一步的优化和验证，SignalTAC技术能够应用于更广泛的降解靶点，并改善活性和治疗效果。  02  细胞因子受体靶向嵌合体（KineTAC）由于溶酶体递送靶向降解嵌合体的局限性-模块化程度低、开发难度大、实用性差和组织靶向性受限，UCSF James A. Wells教授团队开发了新型细胞因子受体靶向嵌合体 (Cytokine receptor-targeting chimeras, KineTACs)。KineTAC是完全基因编码的双特异性抗体，由结合其同源细胞因子受体的细胞因子臂和与靶蛋白结合的结合臂组成(图5)；KineTAC类双特异性抗体的构建不会因轻-重链错配问题而变得复杂，这种轻-重链错配问题是双特异性抗体的常见问题；此外，KineTAC平台只需要设计一个靶蛋白的抗原结合臂即可，天然细胞因子可以招募相关的降解受体。 图5. KineTAC的构建及其作用机制为了验证上述KineTAC平台设计理念，作者构建了针对不同靶蛋白(PD-L1、HER2、PD-1、EGFR、CDCP1和TROP2)的KineTAC双特异性抗体，其中人CXCL12趋化因子N端融合到双特异性抗体Fc结构域形成细胞因子结合臂；抗原结合臂包含抗原结合片段(Fab)抗体序列，与Fc融合，与正常抗体一致(图5)。这六种KineTACs的最大降解效率(Dmax)分别为~70%、51%、84%、82%、93%和51% (图6)，这些结果证明KineTAC平台能够降解多种细胞表面蛋白，具有良好的技术通用性。图6. KineTAC技术的普适性研究随后，作者评估KineTAC在受体信号传导、结合亲和力和结合表位等方面对靶蛋白降解的影响。CXCL12除了结合再循环受体CXCR7之外，还结合信号传导受体CXCR4，从而导致下游信号传导，导致受体内化和降解；实验结果表明CXCL12的拮抗变体(ΔKP、ΔKPVS和R8E)保留降解PD-L1的能力，其程度与CXCL12野生型(CXCL12WT)相似，因此说明CXCL12通过CXCR4的信号传导对于KineTAC的降解并不关键(图7A)。同时，对靶向PD-L1的Atezolizumab互补决定区域进行破坏性丙氨酸突变，测试其的亲和力对PD-L1降解效率的影响，结果发现PD-L1的降解与Kd (R2=0.638)成反比，与koff (R2=0.804)呈负相关，但与kon(R2=0.036)无关；由于这些突变的影响几乎全部影响koff，这表明对于稳定降解而言，在靶蛋白上较长的停留时间比在CXCR7上较高的停留时间更重要(图7B)。此外，为了研究靶蛋白上的结合表位如何影响降解效率，作者构建了具有不同HER2和EGFR靶向抗体的KineTAC，结果表明KineTAC介导的降解对靶蛋白上的结合表位具有很强的依赖性。最后，作者验证了KineTAC双臂朝向问题对降解效果的影响，平行方向比串联方向更有利于降解(SI)。图7. KineTAC在受体信号传导、结合亲和力和结合表位等方面对靶蛋白降解的影响作者对KineTAC可以诱导靶蛋白的降解机制进行深入研究，确定KineTAC的降解途径(溶酶体/蛋白酶体催化降解)。经巴弗洛霉素(Bafilomycin，溶酶体抑制剂)预处理可减少PD-L1的降解，而MG132 (蛋白酶体抑制剂)处理不影响PD-L1的降解，这表明KineTAC通过将靶蛋白递送至溶酶体来介导降解(图8A)；基于前述研究，CXCL12的两种受体中的CXCR7是负责KineTAC介导的降解的主要受体(图7A/8B)，同时也证明使用替代细胞因子(例如CXCL11和vMIPII)也可降解靶蛋白(图8B)。与传统抗体疗法相比，KineTAC介导的降解可提供功能优势，传统抗体疗法只结合并抑制但不降解(图8C)；体内药代动力学实验表明KineTAC注射后在血浆中保留长达10天，半衰期为8.7天，与报道的小鼠IgG半衰期相当(图8D)。图8. KineTAC的作用机制、应用范围及其药代动力学特性研究在证明了KineTAC介导细胞表面蛋白质降解的能力后，作者将注意力转移到KineTAC能否也可以应用于可溶性细胞外蛋白质的降解，对其应用范围进行扩展(图9A)。以VEGF为例，KineTACs成功介导细胞内对细胞外VEGF的摄取并递送至溶酶体(图9B)，KineTAC介导的VEGF摄取呈现时间依赖性，且摄取水平取决于KineTAC:配体比率(图9C)；除HeLa细胞系外，CXCL12-Beva也可促进其他细胞系(包括乳腺癌和肺癌系)摄取VEGF的能力(图9D)。此外，与VEGF摄取实验一致，TNF-α摄取也取决于KineTAC：配体比率(SI)。因此，KineTACs可以强有力地介导可溶性靶蛋白的细胞内摄取，大大扩展了KineTAC介导的靶向降解的目标范围。图9. KineTAC对可溶性蛋白VEGF降解效率的研究除更换KineTAC与靶抗原结合的Fab臂外，作者尝试选择其他的细胞因子受体来介导靶蛋白的清除。将白介素-2 (IL-2)引入到KineTAC中验证其降解效果，其Dmax可达86.7%，这表明其他细胞因子也可以进行KineTAC的构建，从而进一步扩大了细胞选择性靶向蛋白质降解的范围。虽然KineTAC展示出很好的体外实验结果，但其体内实验并没有过多的研究，仅展示了其体内药代动力学研究，这是否与细胞因子在体内的作用强度有关(体外有效剂量是否会导致体内产生“细胞因子风暴”副作用)还需更多的动物实验去验证。希望KineTAC平台能够呈现更多的体内实验数据，对其针对治疗和研究应用的靶蛋白质发挥良好的降解作用。  03  基于抗体的靶蛋白降解技术（PROTABs）除了上述的KineTAC，James A. Wells教授团队于2021年开发了基于抗体的靶蛋白降解技术(antibody-based PROTACs, AbTAC)并将相关成果在JACS上发表(图10)[8]。利用完全重组的双特异性抗体AC-1，可招募膜结合E3连接酶RNF43来降解细胞表面蛋白PD-L1，Dmax达到63%。虽然该AbTAC代表了PROTAC领域的一种新类型(利用完全重组的生物分子靶向降解细胞表面蛋白)，但其业界影响力远不及Genentech的PROTAB。图10. AbTAC介导的靶蛋白降解研究Genentech开发的PROTAB平台技术所构建的双特异性抗体与James A. Wells教授团队开发的极为相似，一端靶向E3连接酶N端糖蛋白D表位，另一端与靶蛋白结合，发挥降解作用(图11A/B)。Genentech团队对其作用机制进行了探究，发现PROTAB可参与蛋白酶体和溶酶体两种途径的降解，MG132和Baf均可以影响靶蛋白的降解，不同于前述的几种TPD技术(图11C)；同时也拓展了PROTAB技术平台的应用范围，对不同的靶点均有降解效果，证明PROTAB对靶蛋白降解的可复制性；此外，还对PROTAB的组装形式进行优化，探究不同组装形式的蛋白降解效率(图D)。尽管PROTAB具有类似于PROTAC的Hook效应，但我们相信结合模块化的抗体工程技术能够加速其转化，为药物发展做出更多的贡献。图11. PROTAB技术的开发研究  04  溶酶体靶向嵌合体（LYTACs）溶酶体靶向嵌合体(LYTAC)使用IgG-聚糖生物缀合物来实现有效的靶蛋白清除，其需要对聚糖进行化学合成并进行体外共轭偶联，以实现有效的靶蛋白清除。其作用机制如图12A所示，靶蛋白配体部分与靶蛋白的胞外结构域结合，同时聚糖与细胞表面的溶酶体靶向受体(LTR)结合后形成三元复合物，经网格蛋白介导内吞进入细胞内，并经囊泡运送到内体中；随着内体酸化，三元复合物被继续转运至溶酶体中降解。同SignalTAC一样，作者选用CI-M6PR(其配体为M6P)为靶点，将M6Pn聚糖肽通过“点击”化学偶联到能特异性识别CI-M6PR的抗体上，得到具有特异性降解靶蛋白的LYTAC，针对膜蛋白EGFR和CD71表现出良好的降解作用(图12B/C)。基于上述方法构建LYTAC需要体外偶联反应，过程较为繁琐；引入的聚糖肽可能存在一定的免疫原性，导致其清除加快，降解效率下降，其应用价值还需进一步探索。 图12. LYTAC作用机制及其应用  05  GlueBody靶向嵌合体（GlueTAC）GlueTAC技术由北京大学陈鹏教授课题组开发，基于共价Nb的PROTAC技术。经过共价改造的单域抗体GlueBody (迫近反应性非天然氨基酸PrUAAs修饰)能与膜蛋白抗原如PD-L1通过距离迫近的偶联反应形成共价键，减少内吞降解过程中靶蛋白的解离和逃逸；同时，与共价单域抗体偶联的细胞穿膜肽(cell-penetrating peptides, CPPs)和溶酶体分选序列(lysosome-sorting sequence, LSS)在无需借助细胞表面特定蛋白质的情况下，有效促进复合物的内吞和溶酶体转运，最终实现了靶向溶酶体的膜蛋白降解(图13A)。图13. GlueTAC作用机制及其应用研究利用非小细胞肺癌细胞系H460评估经该方法构建的GlueTAC对靶蛋白的降解效果，Western blot显示GlueTAC诱导的PD-L1降解率(剩余11%)比NbTAC (剩余68%)高得多，证明了共价键对靶蛋白的降解具有重要作用；Atezolizumab、Nb-PD-L1和GlueBody表现出较低的降解率，表明单独的抗体或Nb的内化不足以降解靶蛋白，PD-L1有可能内吞后经循环重新回到细胞膜上(图13B)。对GlueTAC降解机制研究发现，Chloroquine/Bafilomycin处理可显著降低PD-L1的降解，但MG132处理则不然，表明降解过程依赖于内体-溶酶体途径(图13C)。体内实验表明，GlueBody和GlueTAC的处理均显著抑制肿瘤生长，而相同剂量的Atezolizumab处理仅适度地减缓肿瘤生长；对肿瘤进行解剖分析表明，经GlueTAC处理的肿瘤的平均重量低于经GlueBody处理的肿瘤(图13D)。从体内实验结果来看，GlueBody组依旧好于“T药”组且和GlueTAC组差异不大，这可能与其采用的距离迫近式生物偶联(Proximity enabled covalent binding)的反应效率有关，更换偶联方式可能有助于提高GlueTAC的抗肿瘤活性；将该种GlueBody更换为抗体可能会提高其抗癌活性，Fc与FcR结合产生的效应功能有助于抗癌作用的发挥。同时，该种方法也会导致一定的非特异性偶联，可能会导致非靶蛋白的降解而引发副作用。此外，PrUAA的引入可能会产生一定的免疫原性，导致GlueTAC代谢加快，在体内实验中掩盖其治疗效果。总体而言，GlueTAC技术为抗体药物的发展开辟了新的重要方向。  写在最后  过去二十年见证了TPD技术的诞生和繁荣(图14)，但TPD技术的发展仍面临许多挑战[15]。图14. 已有的TPD技术(不含SignalTAC)PROTAC类技术的发展仍然面临很多挑战：首当其冲的是其成药性的问题，经常存在细胞通透性差和口服利用度低的问题；其次，人类基因组编码超过600个E3泛素连接酶，其中只有少数(VHL、CRBN、IAP和MDM2)被用来降解靶蛋白，应用范围还需进一步扩展；再者，不得不说的毒性问题，PROTAC可能比小分子抑制剂产生更大的毒性，因为它们会降解整个靶蛋白质，而不是仅仅抑制它们，如何控制“降解度”是一个TPD技术领域亟待解决的问题。基于溶酶体开发的TPD技术极大地拓宽了PROTAC和分子胶的靶标范围，对这一领域的研究兴趣激增，但目前其仍处于起步阶段，溶酶体作为重要的细胞器，除了蛋白质降解之外还调节许多重要的生理功能，尚不清楚“劫持(hijack)”溶酶体降解途径是否会影响机体的生理功能；此外，靶蛋白降解后可能会导致级联信号通路的“负反馈调节”或旁路信号的过度激活会不会带来更加严重的副作用尚未有研究开展；同时，尚不清楚特定受体内化功能的过度激活是否会损害其原始生物学功能并导致获得性耐药。尽管存在这些挑战，TPD技术的发展将为生物医学研究提供强大的工具，而且为未来的药物开发带来巨大希望。 主要参考文献 1. Cao, C., et al., Chemistries of bifunctional PROTAC degraders. Chem Soc Rev, 2022. 51(16): p. 7066-7114.2. Asatsuma-Okumura, T., T. 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临床上，周围神经系统（PNS）损伤发生率一直居高不下，而且仅有少数PNS损伤有机会通过外科手术重建得到良好治疗，其余绝大数只能让其“自生自灭，听天由命”。虽说PNS具备一定的自我修复和再生潜能，但因轴突再生效率低下、速度迂缓，导致PNS再生障碍重重[1]。难以得到有效的治疗最终会使患者感觉、运动和自主神经功能部分甚至完全丧失，带来无法逆转的沉重伤害和巨大的疾病负担[2]。PNS若想实现“我命由我不由天”，加速轴突再生无疑就是重中之重。已有诸多研究表明间歇性禁食（IF）可以激活轴突再生的信号通路[3-4]、提高突触可塑性[5]、促进神经生长[6]，但目前对于IF是否具备提升神经再生能力（特别是轴突再生能力）尚不明确。因此，亟需阐明IF与PNS轴突再生的相关性。近日，伦敦帝国理工学院（IC）Simone Di Giovanni教授团队在顶级期刊Nature上发表了关于IF促进周围神经再生机制的重磅研究结果[7]。他们探究发现：IF可增加肠道微生物的代谢物吲哚-3-丙酸（IPA），并利用免疫介导机制促进周围神经轴突的再生和功能修复。为临床改善PNS损伤患者的神经功能预后开启了一个新思路。论文首页截图具体而言，研究团队分别对C57BL/6雄性小鼠（6-8周龄）进行10天的IF喂养（当天随意进食，隔天禁食）和常规喂养（AL，不受限制自由禁食），然后进行坐骨神经挤压损伤造模（SNC，手术切断从脊柱延伸到腿部的最长神经元），并在造模24/72小时后分别评估轴突再生和神经元恢复情况。结果显示：在SNC造模72小时后，与AL喂养组相比，IF喂养组的坐骨神经轴突再生速度显著更快（P＜0.01），脊髓背根节（DRG）神经元轴突生长增加了约50%（P＜0.05）。SNC造模72小时后，IF（红色）和AL（蓝色）喂养组轴突再生情况SNC造模72小时后，IF（红色）和AL（蓝色）喂养组DRG神经元轴突生长情况而且IF并未改变轴突再生的关键细胞（如施万细胞和巨噬细胞）在坐骨神经挤压部位的聚集状况，也没有显著改变DRG中的神经营养因子（BDNF、NGF、NT-3和NT4/5）浓度。由此可以推测：施万细胞、巨噬细胞和神经营养因子并未在IF促进轴突再生的过程中发挥关键作用。那么到底是何方神圣在背后推波助澜呢？SNC造模72小时后，DRG四种神经营养因子浓度变化情况（无显著性变化）研究团队做了一个大胆的推测：IF喂养方式改变了小鼠的饮食与代谢状态继而触发/促进轴突再生。随后对IF和AL喂养的小鼠血清进行代谢物检测（共检测79种代谢物），两组之间有多达14种代谢物（微生物衍生代谢物和宿主代谢物）存在显著性差异。IF喂养组浓度升高最为显著的均为微生物衍生代谢物（3-吲哚乳酸，2,3-丁二醇，吲哚-3-丙酸（IPA）和木糖），巧合的是，这4种代谢物均与宿主代谢物无关。脉络开始逐渐清晰起来：IF喂养可能使肠道微生物及其代谢物发生变化，也许对轴突再生起到至关重要的作用。与AL喂养组相比，IF喂养组浓度升高最为显著的4种代谢物（红色字体）为了进一步探索IF喂养导致肠道微生物变化在促进坐骨神经再生中的确切作用，IF喂养小鼠的肠道菌群被“移花接木”到AL喂养小鼠体内。没想到“乾坤大挪移”这种奇事居然在AL喂养的小鼠体内毫无违和地发生了，经过菌群移植后的AL喂养小鼠在SNC造模后神经再生的速度也明显加快。与此同时，若使用万古霉素显著降低革兰氏阳性菌（双歧杆菌、乳杆菌和生孢梭菌等能产生吲哚代谢物）的丰度，减少小鼠肠道菌群的多样性，IF促进轴突再生的能力近乎被削弱殆尽。双向结果均提示革兰氏阳性菌可能是IF促进轴突再生的关键所在，排除掉非吲哚类代谢物之后，离最终的答案已经越来越近了。革兰氏阳性菌和万古霉素在IF促进轴突再生中的作用那么究竟是哪一种/一些革兰氏阳性菌代谢物对轴突再生有促进作用呢？在分析IF或AL喂养小鼠是否进行万古霉素干预的血清代谢物变化后，发现能够被万古霉素显著影响的代谢物只有IPA。IPA真的就是背后的操盘手吗？在万古霉素干预后IPA的血清浓度变化科学容不得半点马虎，为了验证上述发现，对小鼠进行万古霉素干预之后，分别移植fldC突变生孢梭菌（这样的孢梭菌并不能产生IPA）以及野生型生孢梭菌（能够正常产生IPA），在SNC造模72小时后监测神经再生情况。不出所料，移植fldC突变生孢梭菌的小鼠轴突再生能力显著劣于移植野生型生孢梭菌的小鼠（P＜0.05）。左图为移植fldc突变（红色）和野生型（绿色）孢梭菌后IPA血清浓度右图为移植fldc突变（红色）和野生型（绿色）孢梭菌后轴突再生情况不过在补偿喂食IPA之后，轴突再生的能力又重新恢复了。与对照组相比，补偿喂食IPA能够加快小鼠热伤害性感觉的恢复，同时也不会造成神经损伤后的机械性痛觉异常（因表皮神经再支配导致的不良后果），两至三周内即可观察到神经元轴突再生和恢复增加。在小鼠中补偿喂食IPA即可发挥轴突促进作用，的确可以跳脱出复杂的肠道菌群环境，给临床口服应用IPA提供了直接启示。划重点！提示口服IPA也有效！看到这些美丽的绿色荧光，那都是欣欣向荣的新生轴突啊，IPA组（右图）显著优于对照组（左图）既然已经挖掘到IPA，那么溯本求源，厘清IPA促进轴突再生的潜在机制就如同箭在弦上不得不发了。通过对小鼠DRG神经元进行RNA测序得到初步答案：IPA高度选择性上调Cd177（中性粒细胞配体）和Cxcl1（内皮中性粒细胞趋化因子配体1）的基因表达，提示IPA可能通过CXCR2介导机制来激活中性粒细胞趋化通路和参与免疫调节。而且DRG组织内中性粒细胞数会在喂食IPA后增加，再次证明了以上结果。SNC造模72小时后，IPA所参与信号通路基因表达情况无独有偶的是人类肠道中也广泛存在能产生 IPA 的生孢梭菌，并且在人类血液中也同样含有IPA。这项研究很有可能对人类也同样适用，毕竟小鼠试验的一小步，有可能成为人类医学发展的一大步。而且研究团队将继续优化IPA使用方案，以期达到最佳功效，为最终系统研究细菌代谢物治疗奠定基础。总的来说，研究首次揭示了IF促进神经再生的潜在机制：IF可增加肠道革兰氏阳性梭菌产生的代谢物IPA，并在脊髓背根节中增加中性粒细胞的趋化，从而促进轴突再生。回顾以上研究思路，好比侦探破案一般，研究团队不断抽丝剥茧，在乍隐乍现中一步步揭露了肠道菌群如何干预轴突再生的机制。研究团队逐个击破，破解潜在机制这项重磅研究同时也开辟了一个全新研究领域：是否还有其他代谢产物发挥类似作用？人类进行IF后 IPA 是否也会同样增加？IPA在人体中能否也能促进神经修复和轴突再生？反复多次口服 IPA能否最优化发挥治疗效果？……这些未知问题都值得去解答，一旦在人体中得到证实，将会使PNS损伤治疗之路步入新征程，踏上新台阶，就能及早造福患者。参考资料：1.Scheib J, Höke A. Advances in peripheral nerve regeneration. Nat Rev Neurol. 2013;9(12):668-676. doi:10.1038/nrneurol.2013.227.2.Li R, Liu Z, Pan Y, Chen L, Zhang Z, Lu L. Peripheral nerve injuries treatment: a systematic review. Cell Biochem Biophys. 2014;68(3):449-454. doi:10.1007/s12013-013-9742-1.3.Mattson MP, Moehl K, Ghena N, Schmaedick M, Cheng A. Intermittent metabolic switching, neuroplasticity and brain health [published correction appears in Nat Rev Neurosci. 2020 Aug;21(8):445]. Nat Rev Neurosci. 2018;19(2):63-80. doi:10.1038/nrn.2017.156.4.Longo VD, Mattson MP. Fasting: molecular mechanisms and clinical applications. Cell Metab. 2014;19(2):181-192. doi:10.1016/j.cmet.2013.12.008.5.Dasgupta A, Kim J, Manakkadan A, Arumugam TV, Sajikumar S. Intermittent fasting promotes prolonged associative interactions during synaptic tagging/capture by altering the metaplastic properties of the CA1 hippocampal neurons. Neurobiol Learn Mem. 2018;154:70-77. doi:10.1016/j.nlm.2017.12.004.6.Lee J, Seroogy KB, Mattson MP. Dietary restriction enhances neurotrophin expression and neurogenesis in the hippocampus of adult mice. J Neurochem. 2002;80(3):539-547. doi:10.1046/j.0022-3042.2001.00747.x.7.Serger E, Luengo-Gutierrez L, Chadwick JS, et al. The gut metabolite indole-3 propionate promotes nerve regeneration and repair [published online ahead of print, 2022 Jun 22]. Nature. 2022;10.1038/s41586-022-04884-x. doi:10.1038/s41586-022-04884-x.撰文 | Mr. Origin编辑 | Swagpp来源｜梅斯医学上万科研人员交流基地，扫码加入“科研交流群”，找到组织，让科研更轻松！