GV-971:调节氨基酸代谢，抑制神经炎症

2023-11-16 理论教育版权反馈

【摘要】：相反，GV-971处理的Tg小鼠粪便上清液可以抑制Th1分化，促进Th2分化。图7-6-11GV-971通过控制氨基酸代谢抑制神经炎症注：A.基于MBROLE对7月龄5XFAD转基因小鼠肠道代谢产物的途径富集分析。口服GV-971重塑肠道菌群，可降低紊乱的代谢物产生，从而减少外周免疫细胞向大脑的浸润，减轻神经炎症，并减少Aβ蛋白的沉积和tau磷酸化，最终改善认知功能。

近年来，相关研究突出了肠道微生物相关代谢物在影响宿主免疫系统中的作用。为了验证上述代谢物可能参与免疫调节，研究者将7月龄Tg小鼠体外培养的粪便上清液添加到naïveCD4＋T细胞培养中，刺激naïveCD4＋T细胞分化为Th1和Th2细胞。相反，GV-971处理的Tg小鼠粪便上清液可以抑制Th1分化，促进Th2分化。接下来，研究者采用非靶向代谢组学技术来表征粪便代谢组。从WT、Tg和GV-971处理的Tg小鼠的粪便样本中鉴定出总共11289种代谢物。在与数据库匹配的那些代谢物中，与WT小鼠相比，Tg小鼠中有124种代谢物的丰度发生了显著变化。这些改变的代谢物被进一步用Human Metabolome Database和Kyoto Encyclopaedia of Genes and Genomes数据库进行比对注释，产生总共31种代谢物，这些代谢物在WT、Tg和GV-971处理的Tg小鼠之间有差异变化，使用MBROLE或MetaboAnalyst对上述代谢物的途径富集分析，进一步揭示了氨基酸相关代谢途径和酶的显著变化，特别是苯丙氨酸相关途径。

使用随机森林算法对这些氨基酸进行分类，苯丙氨酸排序为在WT和Tg之间不同的首位，其次是异亮氨酸、5-羟色胺、组氨酸和乙酰鸟氨酸（图7-6-11B），上述结果提示它们与疾病进展密切相关。接下来，研究者检测了GV-971处理或未处理的Tg小鼠粪便和血液样本中所选氨基酸的浓度，并将其与WT小鼠进行了比较。结果发现，Tg小鼠粪便中苯丙氨酸和异亮氨酸的浓度明显高于WT小鼠，而GV-971处理显著降低了它们的浓度，使其浓度与WT小鼠相当（图7-6-11C），同时在血液中检测到苯丙氨酸和异亮氨酸浓度的类似变化（图7-6-11D）。为了验证这些氨基酸的升高是否是肠道菌群结构的变化引起的，研究者在FMT研究中同样检测了上述氨基酸的浓度，结果发现2月龄WT小鼠的粪便可以显著降低Tg小鼠体内苯丙氨酸和异亮氨酸的浓度。同样，在不同月龄的共同饲养的WT小鼠中，血液中苯丙氨酸和异亮氨酸浓度也升高，与Tg小鼠相当。

与此同时，为了评估苯丙氨酸和异亮氨酸对T细胞分化的直接影响，研究者将naïveCD4＋T细胞暴露于苯丙氨酸或异亮氨酸或GV-971共同处理4天，并用流式细胞术检测Th1细胞比例变化。实验结果发现，暴露于苯丙氨酸或异亮氨酸的Th1细胞分化明显增强，而这种作用可以被GV-971处理抑制（图7-6-11E）。此外，苯丙氨酸和异亮氨酸显著促进Th1细胞的增殖，GV-971处理可以显著地抑制苯丙氨酸诱导的Th1细胞增殖，但几乎不改变异亮氨酸的作用（图7-6-11F）。此外，研究者用腹腔注射苯丙氨酸和异亮氨酸来治疗WT小鼠，发现血液中Th1细胞比例显著增加（图7-6-11G）。最后，研究者还探讨了上述发现是否可以在MCI病人中得到验证。事实上，研究者发现在AD受试者血液中苯丙氨酸和异亮氨酸浓度以及Th1细胞比例明显高于年龄匹配的健康对照（图7-7-11H、I）。此外，由于在AD队列中，血液中苯丙氨酸和异亮氨酸水平的增加也在另一个小MCI队列中得到证实（图7-6-11J），这些结果表明血液中苯丙氨酸和异亮氨酸的异常积累和Th1比例的升高可能是区分AD患者和健康受试者的轻度认知障碍的标志。

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图7-6-11　GV-971通过控制氨基酸代谢抑制神经炎症

注：A.基于MBROLE对7月龄5XFAD转基因（Tg）小鼠肠道代谢产物的途径富集分析。B.根据ROC曲线分析，随机森林模型中最重要的血液氨基酸列表在WT（2～9m）和Tg（2～9m）组之间从最重要到最不重要排序。红色表示高浓度，绿色表示低浓度。C.7月龄WT、5XFAD小鼠（Tg）和GV-971处理的TG小鼠（100mpk）粪便中组氨酸、苯丙氨酸和异亮氨酸含量的变化（n＝6～11）。D.7月龄WT、5XFAD小鼠（Tg）和GV-971处理的TG小鼠（100mpk）血液中组氨酸、苯丙氨酸和异亮氨酸水平的变化（n＝6～7）。E.GV-971对苯丙氨酸和异亮氨酸诱导的naïveCD4＋T细胞向Th1细胞分化的影响。F.GV-971对苯丙氨酸和异亮氨酸诱导的Th1细胞增殖的影响。用CellTrace染色Th1细胞，在苯丙氨酸（1mM）和异亮氨酸（1mM）存在下用GV-971连续培养4天。G.C57小鼠腹腔注射苯丙氨酸和异亮氨酸注射液4天后Th1细胞变化比例。H.健康对照（HC）和AD患者轻度认知损害（MCI）中氨基酸变化的随机森林分类分析。I.健康对照（HC）和AD患者轻度认知损害（MCI）患者血液中Th1细胞的比例分析。J.健康对照组（HC）和AD患者轻度认知损害（MCI）患者血液中苯丙氨酸和异亮氨酸水平变化。

研究发现，肠道菌群失调和氨基酸衍生的代谢物对特定类型免疫细胞的浸润非常重要，而这些特定类型免疫细胞的异常浸润则可以导致AD进展过程中的相关神经炎症。同时，该研究发现GV-971能穿过血脑屏障，通过多位点、多片段地捕获Aβ蛋白，抑制其过度沉积，同时可以调节肠道菌群平衡，抑制菌群代谢产物特别是苯丙氨酸和异亮氨酸的产生，减轻外周与中枢炎症，从而改善AD进展过程中的认知功能障碍。(www.chuimin.cn)

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图7-6-12　AD进展期肠-脑轴示意图及干预策略

随着Aβ蛋白的沉积和tau磷酸化，在AD进展过程中肠道菌群的改变导致代谢紊乱。同时，异常代谢物的产生可以引发外周炎症，增加脑内与M1小胶质细胞相互作用的免疫细胞的浸润，导致病理性神经炎和认知障碍。口服GV-971重塑肠道菌群，可降低紊乱的代谢物产生，从而减少外周免疫细胞向大脑的浸润，减轻神经炎症，并减少Aβ蛋白的沉积和tau磷酸化，最终改善认知功能。

阿尔茨海默症，是一种发病进程缓慢的神经退行性疾病。尽管人们在过去的几十年中对治疗阿尔茨海默病付出了巨大的努力，仍然见证了基于β-淀粉样蛋白（β-amyloid，Aβ）沉积和tau蛋白质过度磷酸化的治疗手段在晚期临床试验中失败，这也推动了对这种复杂疾病的新治疗策略的重新思考。近年来，大量研究表明肠道菌群与宿主先天免疫系统和适应性免疫系统之间存在着动态的相互作用。肠道菌群的失调可能危害宿主的免疫反应，从而促进各种炎症性疾病的发生。随着全世界科学家研究的不断深入，肠道菌群紊乱与一系列神经系统疾病的关联性也越来越清晰。因此，针对这些神经系统疾病，研究者的目光已逐步从靶向中枢神经系统转移到靶向肠道菌群或者肠道免疫特征的研究上来。其中，在动物和人体队列研究中的最新发现也证实了肠道菌群失调与阿尔茨海默病进展过程中小胶质细胞活化二者之间的关联。

然而，目前针对AD进展中肠道和大脑之间的联系机制的理解仍然非常有限，研究者尚不清楚究竟是哪种类型的免疫细胞浸润在AD的发展过程中发挥主要功能，以及促使外周免疫细胞浸润大脑，导致局部神经炎症增强的潜在驱动力也尚不清楚。因此，了解在AD进展中与肠道菌群和脑神经炎症相关的特定代谢物是十分必要的。基于此，研究者旨在探讨肠道微生物群与AD进展之间的机制联系，并探讨潜在的干预策略。为此，研究者阐明了AD发展不同阶段肠道菌群动态变化与神经炎症的关系，首次揭示了AD肠道菌群失调诱导大脑神经炎症的具体分子机制。更为重要的是，本文还同时验证了该团队研发的治疗AD原创新药GV-971对AD转基因小鼠认知功能障碍的改善作用，首次从机制层面具体阐述了GV-971对AD产生疗效的原因，即其通过重塑肠道菌群平衡状态，降低肠道菌群代谢产物特别是苯丙氨酸和异亮氨酸的产生，减少外周及中枢炎症，减少脑内Aβ蛋白的沉积和tau过度磷酸化，从而显著改善认知功能障碍。上述研究为阐明AD的发病机制提供了全新的研究思路，也为抗AD药物的研发提供了重要参考。

GV-971:调节氨基酸代谢，抑制神经炎症

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