《GeroScience》：Spatial memory in Alzheimer’s disease 5XFAD mice is enhanced by XPO1 inhibitor KPT-330
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為應對阿爾茨海默病進展性蛋白病變這一挑戰，研究人員圍繞核輸出蛋白XPO1及其抑制劑KPT-330展開探索。結果顯示，該藥物可增強細胞自噬，並在5XFAD小鼠模型中，通過降低丘腦等關鍵認知區域的澱粉樣蛋白沉積，顯著改善空間記憶，為改善神經元蛋白穩態提供了新思路。
當我們談論阿爾茨海默病時，腦海中浮現的往往是記憶的逐漸流失與認知功能的無情衰退。這種神經退行性疾病的核心，是錯誤折疊的蛋白質（尤其是β-澱粉樣蛋白）在大腦中異常聚集，形成斑塊，破壞神經元的功能與存活。儘管針對澱粉樣蛋白的抗體療法已獲批准，但其療效與經濟效益仍存爭議。因此，科學家們將目光投向了更為根本的細胞機制——蛋白穩態（proteostasis），即細胞維持其蛋白組穩定性的能力。神經元作為終末分化細胞，高度依賴自噬（autophagy）等蛋白質降解途徑來清除異常蛋白。然而，在阿爾茨海默病中，這一“清潔系統”功能失調，加劇了蛋白毒性負擔。那麼，是否存在一種策略，能夠從上游調控並增強神經元的蛋白穩態網絡，從而對抗疾病的進展呢？
近期，一項發表在《GeroScience》上的研究給出了一個令人驚喜的答案。研究團隊將焦點對準了一個看似與神經退行性疾病關聯不大的細胞“海關”——核輸出蛋白1（Exportin 1， XPO1）。XPO1負責將超過200種含有核輸出序列（nuclear export sequence， NES）的蛋白質從細胞核轉運到細胞質，是調控核質運輸的關鍵分子。越來越多的證據表明，抑制XPO1不僅能影響核糖體組裝，還能激活主要的自噬轉錄因子TFEB，從而增強自噬-溶酶體途徑，改善蛋白穩態。更有趣的是，一種名為KPT-330（商品名Selinexor）的XPO1抑制劑，已是美國食品藥品監督管理局（FDA）批准用於治療復發性多發性骨髓瘤的藥物，且因其分子量較小，能夠穿過血腦屏障。這為將其“老藥新用”，應用於中樞神經系統疾病提供了可能。本研究旨在探究XPO1抑制劑KPT-330能否在阿爾茨海默病模型中改善蛋白穩態，並最終緩解認知功能障礙。
為開展這項研究，作者團隊運用了幾項關鍵技術方法：首先，在細胞水平，利用小干擾RNA（siRNA）沉默和小分子抑制劑（KPT-330）處理，結合免疫印跡（Immunoblotting）和實時定量聚合酶鏈反應（qRT-PCR），評估了XPO1抑制對小鼠神經母細胞瘤Neuro2a細胞自噬通量（autophagic flux）及相關基因表達的影響。其次，在動物模型上，採用了廣泛使用的阿爾茨海默病轉基因小鼠模型——5XFAD小鼠，從4月齡開始慢性餵食不同劑量的KPT-330直至12月齡，並通過新物體識別（Novel Object Recognition， NOR）和Y迷宮自發交替（Spontaneous Alternation Y-maze）行為學測試評估其認知功能。最後，為了全景式、高精度地分析藥物對大腦澱粉樣蛋白沉積的空間分佈影響，研究採用了先進的免疫標記結合光片熒光顯微鏡（Light Sheet Fluorescence Microscopy， LSFM）進行全腦三維成像，並將斑塊體積量化映射到超過800個獨特的大腦區域，從而實現了區域特異性的精準分析。
研究結果
KPT-330增強小鼠神經母細胞瘤Neuro2a細胞的自噬
研究首先在細胞模型中證實了XPO1抑制的作用。通過siRNA沉默XPO1基因或使用KPT-330處理Neuro2a細胞，研究人員發現，XPO1活性的降低導致了自噬標誌蛋白LC3的轉換率增加，這表明自噬通量得到了提升。同時，溶酶體相關基因的表達也因自噬主調控轉錄因子TFEB的激活而上調。這些結果初步證明，KPT-330能夠在神經元樣細胞中增強自噬-溶酶體途徑，這為其潛在的神經保護作用提供了機制基礎。
慢性KPT-330治療改善5XFAD阿爾茨海默小鼠的認知
接下來，研究在5XFAD小鼠模型中檢驗KPT-330的長期效應。藥代動力學分析顯示，KPT-330能夠在血液、肝臟和大腦中積累。行為學測試結果呈現出有趣的差異：在6月齡進行的新物體識別測試中，KPT-330並未顯著改善小鼠的識別記憶。然而，在12月齡進行的Y迷宮測試中，高劑量（45 mg/kg/週）的KPT-330治療顯著提高了5XFAD小鼠的自發交替率，這表明其空間學習與記憶能力得到了改善。值得注意的是，藥物治療還使這些通常過度活躍的5XFAD小鼠的總活動距離有所減少。
KPT-330治療不影響血管澱粉樣蛋白沉積
利用先進的光片熒光顯微鏡進行三維成像，研究人員量化了全腦範圍內的澱粉樣蛋白斑塊體積。他們特別關注了血管相關的斑塊沉積，因為這可能提示清除功能受損。結果發現，KPT-330治療並未對多個腦皮層區域的血管澱粉樣蛋白沉積體積產生顯著影響，這表明藥物的益處並非通過改善血管清除途徑實現。
5XFAD小鼠經KPT-330治療後出現差異化的澱粉樣蛋白沉積
最出人意料的發現來自於對全腦各區域澱粉樣斑塊的細緻分析。儘管KPT-330改善了空間記憶，但總體上，它並未減少全腦的澱粉樣斑塊負擔，反而在多個腦區（尤其是一些與聽覺相關的區域，如斜方體核、孤束核等）觀察到斑塊體積的顯著增加。與此同時，泛素化蛋白水平也有所升高，提示這些區域可能承受了更大的蛋白穩態壓力。然而，在另一些對認知和行為至關重要的區域，情況卻截然相反。研究發現，背側腳區（與焦慮樣行為相關）的斑塊沉積顯著減少。更為關鍵的是，在與認知處理密切相關的丘腦區域，KPT-330治療組的澱粉樣斑塊沉積量顯著低於對照組。這種“此消彼長”的區域特異性模式，揭示了XPO1抑制對大腦不同區域蛋白穩態和澱粉樣蛋白沉積具有差異化調控能力。
結論與討論
本研究得出了一個看似矛盾卻意義深遠的核心結論：儘管XPO1抑制劑KPT-330總體上增加了5XFAD小鼠大腦的澱粉樣斑塊負擔，但它卻能通過在空間上特異性地減少關鍵認知區域（尤其是丘腦）的澱粉樣蛋白沉積，來改善動物的空間記憶功能。
在討論中，作者指出，調控自噬和溶酶體生物發生是清除阿爾茨海默病中蛋白毒性聚集物的潛在策略。KPT-330在細胞中增強自噬的現象，在一定程度上可能解釋了其益處。然而，全腦分析顯示自噬相關基因的整體上調有限，這提示KPT-330的認知改善作用可能不完全依賴於全局性的自噬增強。更值得關注的是其在不同腦區產生的“雙刃劍”效應：一方面在聽覺等區域導致斑塊異常積累，另一方面卻保護了丘腦等認知相關區域。這種區域特異性可能源於多種因素：不同腦區細胞類型對XPO1抑制的敏感性不同、血腦屏障通透性存在區域差異（已知丘腦在某些病理狀態下血腦屏障較脆弱，可能影響藥物分佈）、或者XPO1抑制所引發的應激反應（如核仁體積縮小、核糖體組裝減少）在不同神經元群體中產生了迥異的後果。
這項研究的意義在於，它首次在阿爾茨海默病動物模型中系統評估了FDA已批准藥物KPT-330對認知和全腦澱粉樣蛋白病理的空間特異性影響。它挑戰了“斑塊越少越好”的簡單線性思維，揭示了蛋白穩態調控網絡的複雜性與區域特異性。研究結果提示，未來針對阿爾茨海默病等蛋白病的治療策略，可能需要更精細地考慮如何平衡或引導不同腦區的蛋白穩態反應，而非追求全局性的病理清除。作為一種已應用於臨床的藥物，KPT-330為探索核質運輸調控在神經退行性疾病中的作用開闢了新途徑，其對患者神經系統功能的潛在影響值得進一步關注和研究。當然，本研究也存在侷限，例如5XFAD模型缺乏Tau蛋白病理，行為學測試可進一步豐富，以及全腦勻漿未能完全揭示區域特異性的蛋白變化等，這些都為未來的研究指明了方向。
