浙江
铁死亡在帕金森病等神经退行性疾病的多巴胺能神经元丢失过程中扮演了关键角色，但这一脂质过氧化驱动的细胞死亡通路涉及复杂的代谢调控网络，单一靶点的干预策略往往难以取得理想的治疗效果。近日，中国科学院化学研究所王明研究员团队在《Cell Chemical Biology》期刊发表了题为“Dual-function PROTAC suppresses ferroptosis and restores neuronal function via brain-targeted delivery”的研究论文。该团队设计了一种双功能的蛋白靶向降解嵌合体（PROTAC）分子dACSL4，该分子能够同时降解促铁死亡的酶ACSL4和激活神经保护性转录因子PPARγ，并通过可生物降解的脂质纳米颗粒经鼻内给药实现了脑部偏好性的蛋白降解，在帕金森病小鼠模型中有效抑制了铁死亡并恢复了运动功能。
研究团队首先通过系统的 linker 长度优化和三元复合物建模分析，发现特定长度的聚乙二醇连接链能够使 dACSL4 与 ACSL4 和 E3 泛素连接酶 CRBN 形成稳定的三元复合物，从而高效诱导 ACSL4 的泛素化降解，在 SH-SY5Y 细胞中低至纳摩尔浓度即可实现超过 80% 的靶蛋白降解效率。与此同时，该分子中保留的曲格列酮结构模块依然能够结合并激活 PPARγ，进而上调下游抗氧化基因 GPX4 的表达水平。通过构建 PPARγ 转录活性报告系统，研究团队证实 dACSL4 对 PPARγ 的激活效力与母体激动剂相当，而单方面阻断任一通路均无法达到同等的铁死亡抑制效果。
在细胞水平上，dACSL4 处理显著降低了 RSL3 或 6-OHDA 诱导的神经元脂质过氧化水平和胞内活性氧积累，共聚焦显微镜和流式细胞术定量分析均显示其保护效应呈明确的浓度依赖性。与传统的铁死亡抑制剂 Fer-1 和铁螯合剂 DFP 相比，dACSL4 展现出更优越的细胞保护活性，其半数有效浓度（EC50）为 13.2 nM，较 Fer-1 提高了 12 倍以上，较 DFP 提高了 30 倍以上。联合使用 ACSL4 抑制剂与 PPARγ 激动剂的实验结果表明，单一通路干预所提供的保护效果远不及 dACSL4 的双重调控作用，验证了协同干预策略在对抗铁死亡应激中的必要性。
为了实现该分子的中枢神经系统递送，研究团队利用具有活性氧响应降解特性的可电离脂质 BAmP-TK12 构建了包载 dACSL4 的脂质纳米颗粒。该纳米制剂的水溶性较游离药物提高了近 280 倍，并且在过氧化氢存在条件下可实现超过 90% 的药物释放。经鼻内给予该纳米制剂后，荧光成像和液相色谱-质谱联用定量分析均证实 dACSL4 在小鼠脑组织中呈现偏好性富集，而在心脏、肝脏、脾脏和肾脏等外周器官中的分布显著较低。连续三天经鼻给药后，小鼠脑内 ACSL4 的降解效率达到约 70%，同时伴随 PUFA 磷脂含量的下降和脂质过氧化产物水平的降低。
在 MPTP 诱导的亚急性帕金森病小鼠模型中，dACSL4@BAmP-TK12 治疗组小鼠黑质区的铁离子含量和丙二醛水平均显著回落，谷胱甘肽含量则明显回升，酪氨酸羟化酶免疫印迹分析和尼氏染色显示黑质多巴胺能神经元得到了有效保护。行为学评估方面，旷场实验中 dACSL4 治疗组的中央区域停留时间和探索距离均显著增加，转棒实验中小鼠在旋转棒上的停留时间从模型组的不足 100 秒延长至超过 300 秒，爬杆实验中的攀爬时间也接近正常对照组水平。该研究为 PROTAC 分子在中枢神经系统疾病中的脑靶向应用提供了一个可资借鉴的设计范例。
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