《Advanced Science》：Engineered GM1 Intersects Between Mitochondrial and Synaptic Pathways to Ameliorate ALS Pathology
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本研究发现纳米脂质体GM1（TLN）可有效跨越血脑屏障，通过多物种蛋白质组学分析揭示其能逆转C9ORF72突变运动神经元中线粒体钙稳态失调、内质网应激和突触功能障碍等ALS核心病理特征。在SOD1-G93A和C9-500小鼠模型中，TLN治疗显著改善运动功能并延长生存期（p<0.0001），证实其通过多重细胞保护机制成为极具前景的ALS治疗策略。
引言
肌萎缩侧索硬化症（ALS）作为进行性神经退行性疾病，其特征性表现为上下运动神经元的退化，最终导致呼吸衰竭。尽管研究深入，ALS目前仍缺乏有效治疗手段。其中C9ORF72基因的G4C2六核苷酸重复扩增是最常见的遗传学病因，其病理机制涉及氧化应激、线粒体功能障碍、内质网（ER）应激及毒性二肽重复蛋白（DPRs）积聚等多重细胞过程紊乱。血脑屏障（BBB）穿透性差是神经系统药物开发的主要瓶颈，而纳米技术为突破此障碍提供了新思路。
纳米脂质体GM1的构建与表征
为提升GM1的生物利用度，研究团队开发了Talineuren（TLN）——一种以鞘磷脂和胆固醇为基质的新型纳米脂质体。冷冻电镜（cryo-TEM）显示TLN颗粒呈单层膜结构（96.73%），粒径分布均匀（20-40 nm），Zeta电位为-44.76 mV。药代动力学实验证实，TLN静脉注射后在大脑中的GM1浓度较游离GM1提升2倍（p=0.0106），且通过饮用水给药亦可有效递送至中枢神经系统。
TLN对患者来源运动神经元的保护机制
通过诱导多能干细胞（iPSC）分化的C9ORF72突变运动神经元（iMNs）蛋白质组学分析发现，TLN治疗可逆转633个差异表达蛋白中的35%。关键的是，TLN特异性调控线粒体相关蛋白（如DNAJC30）和突触蛋白（如PNKD）的表达，恢复三羧酸循环（TCA cycle）和氧化磷酸化通路功能。功能性实验进一步证实，TLN能显著改善线粒体Ca2+摄取能力（p<0.01），提升基础耗氧率（OCR）和ATP产量（p<0.0001），并抵抗谷氨酸毒性导致的神经元死亡。
动物模型中的治疗效应验证
在C9-500和SOD1-G93A两种ALS小鼠模型中，TLN通过静脉注射或口服给药均能显著改善运动协调性（旋转棒测试潜伏期延长，p<0.001）和肌肉力量（悬挂 wire测试首次跌落时间增加）。组织学分析显示TLN治疗组腰椎脊髓腹角运动神经元数量显著保留（p<0.0001），并减少聚GA蛋白聚集物体积（>1 μm3，p<0.05）。值得注意的是，TLN使雄性C9-500小鼠中位生存期延长121天，雌性延长35-115天（p<0.0001）。
分子机制的多维度解析
TLN的多靶点作用体现在：1）降低内质网应激标志物BiP和ATF4表达（p<0.0001），抑制Xbp1剪接活性；2）恢复线粒体ATP合酶（Atp5j）功能；3）增加胆碱能突触（C-boutons）密度和体积；4）调节小胶质细胞形态复杂性（Sholl交叉数增加）和星形胶质细胞活化（GFAP面积减少）；5）降低血清炎症因子IL-1β、IL-6和TGF-β1水平。
讨论与展望
本研究通过跨物种蛋白质组学策略，揭示了TLN通过协同调控线粒体-内质网-突触轴心通路发挥神经保护作用。其独特之处在于纳米载体促进GM1细胞内化，直接作用于MAMs（线粒体相关膜）等亚细胞结构。鉴于GM1在ALS患者中枢神经系统中的异常表达模式，以及TLN已获得欧盟和美国孤儿药认定，该制剂有望成为首款针对ALS多重病理机制的特异性纳米药物。
材料与方法
TLN制剂中GM1含量为6 mg/mL，动物实验采用12.3-15 mg/kg剂量梯度。蛋白质组学使用MaxQuant软件进行标记自由定量（LFQ），统计学分析采用GraphPad Prism 9.0，多重比较校正使用?idák法。细胞实验包括线粒体Ca2+成像、Seahorse能量代谢分析等，均设3次以上生物学重复。
