Adv Sci：攻克渐冻症有望像治感冒一样简单？密苏里大学团队揭示口服GM1纳米药多靶点直击病根机制

肌萎缩侧索硬化症（ALS）是一种由运动神经元进行性退化导致的致命疾病，其致病机制高度复杂，涉及多个基因和通路，给治疗开发带来巨大挑战。

2025年1月5日，密苏里大学Smita Saxena在Advanced Science 发表：Engineered GM1 Intersects Between Mitochondrial and Synaptic Pathways to Ameliorate ALS Pathology，揭示了工程化的GM1（以纳米制剂TLN形式）能同时改善ALS中受损的线粒体功能和突触连接。这项研究不仅揭示了渐冻症发病的关键环节，更带来一种有望改变治疗格局的新策略：安全、可口服、直击病根。

为识别核心驱动机制，研究团队结合携带C9ORF72突变的人源iPSC运动神经元与C9orf72突变小鼠脊髓组织，开展跨物种蛋白质组分析，发现突触囊泡释放障碍、内质网和线粒体应激是保守的ALS病理特征并伴随蛋白聚集与氧化应激。基于此，研究评估了神经保护分子GM1的治疗潜力，并开发了其纳米脂质体新剂型Talineuren（TLN），显著提升生物利用度。GM1可通过稳定线粒体钙调控、改善能量代谢、缓解内质网应激、抑制蛋白聚集，恢复细胞蛋白质稳态，在C9orf72和SOD1-G93A ALS小鼠模型中有效改善运动功能并延长生存期。该研究揭示了细胞器功能紊乱在ALS发病中的核心作用，支持TLN作为具有临床前景的疾病修饰治疗候选药物。

图一 一种基于纳米颗粒的高效靶向递送GM1至中枢神经系统的方法

内源性GM1是一种具有神经营养和神经保护作用的分子，天然存在于神经细胞膜外层，但作为药物使用时难以穿过血脑屏障（BBB）。研究发现，静脉注射游离GM1后，其在大鼠血液中4小时内达峰，约24小时清除；尽管脑组织中可检测到一定水平（高于外周组织），但在脑脊液中几乎无法检出，说明其入脑能力极弱。为此，作者开发了一种名为TLN的纳米脂质体，将GM1嵌入由鞘磷脂和胆固醇构成的稳定双层膜中，模拟其天然膜定位。该制剂粒径均一（20–40 nm）、结构完整、包封率达100%。动物实验显示，与游离GM1相比，TLN静脉给药后脑内GM1浓度提升近两倍，显著增强其穿越血脑屏障的能力；更值得注意的是，即使通过饮用水口服给药72小时，也能有效提高小鼠脑内GM1水平。这表明TLN不仅改善了GM1的递送效率，还为非侵入性治疗神经系统疾病提供了可行的新途径。

图二 TLN治疗选择性作用于线粒体和突触相关过程

作者利用来自C9ORF72突变型ALS患者和健康对照的诱导多能干细胞（iPSC）分化出运动神经元，研究疾病相关的分子异常及TLN治疗的效果。

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结果：

突变神经元存在明显的代谢紊乱：线粒体相关通路（如TCA循环、氧化磷酸化）和DNA修复过度活跃，而突触功能（如SNARE复合物）、蛋白质折叠与降解系统则明显受损。TLN能被神经元高效摄取且在15 µg/mL剂量下表现出稳定的神经保护作用。更重要的是，TLN治疗显著逆转了这些异常，抑制了过度活跃的代谢通路，同时恢复了突触功能、内质网蛋白加工能力和核糖体相关活动。具体来看，TLN降低了线粒体蛋白的异常高表达，提升了突触蛋白（如PNKD）和转录调控因子（如MAPK3K1、SMAD5）的水平，表明其有助于重建神经元的正常功能。这些发现说明，TLN不仅有效进入细胞，还能从多方面纠正C9ORF72突变引起的病理变化，具有潜在的疾病修饰治疗价值。

图三 TLN在脑和脊髓中高效摄取与蓄积

作者进一步在ALS的临床前小鼠模型中评估了TLN的治疗潜力。为追踪其在体内的分布和靶向能力，他们将TLN与近红外荧光染料DiR偶联，通过静脉注射给予小鼠，并在48小时内每隔12小时进行活体成像。

结果：

游离DiR因无法穿过血脑屏障，在脑和脊髓中几乎无信号；而TLN-DiR则在整个48小时内持续积累且在肝脏和脾脏之外，显著富集于脑和脊髓组织。为进一步验证其在中枢神经系统的细胞定位，作者通过静脉注射将DiI标记的TLN注入小鼠体内，48小时后取脑和脊髓进行共聚焦成像。结果清晰显示，TLN被神经元高效摄取，荧光信号明显强于对照组。阳性信号尤其集中在与ALS密切相关的区域：海马CA1区、初级运动皮层第V层以及腰段脊髓腹角的大型运动神经元。这些结果表明，TLN不仅能有效穿越血脑屏障，还能精准靶向ALS关键病理区域的神经元，为其作为潜在治疗载体提供了有力证据。

图四 TLN给药显著改善家族性ALS小鼠模型的运动功能并延长生存期

在C9ORF72家族性ALS小鼠模型中，TLN治疗显著改善了运动功能并延长了寿命。在小鼠出现症状后开始给予TLN，无论是通过静脉注射还是更便捷的口服饮水方式，均能有效提升其在转棒和悬挂测试中的表现，说明运动协调性和肌肉力量得到增强。TLN不影响体重，但能防止典型的肢体抓握异常并明显保护脊髓中的运动神经元。肌肉组织分析也显示，TLN可减轻失神经支配损伤，维持正常的肌纤维结构和线粒体功能。最重要的是，TLN大幅延长了小鼠的生存期：雄性平均多活121天以上，雌性也显著获益。这些结果表明，TLN不仅能缓解症状，还能真正延缓疾病进展，具有重要的治疗前景。

本研究证实TLN能有效穿越血脑屏障，多靶点纠正ALS相关的线粒体缺陷、内质网应激和突触损伤，显著改善症状并延长生存期且支持口服给药，已获孤儿药资格，为ALS治疗提供了具有临床转化前景的新策略。

文章来源

https://doi.org/10.1002/advs.202514128

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