【ATSbio】明星靶向毒素——皂草素(Saporin)簡史及其對神經科學的貢獻

1.摘要

在研究靶向毒素(一種針對獨特細胞外靶點的藥物、療法或科學工具)的起源時,保羅·埃利希(Paul Ehrlich)的諾貝爾獎獲獎作品和他的“魔法子彈”概念是一個合適的起點,使用靶向毒素進行分子神經外科手術已經成為一項重要的實踐,它允許研究人員在消除神經元群體后觀察生物體的變化。這種做法的一個主要例子是專門針對基底前腦中的膽堿能神經元來模擬阿爾茨海默?。ˋD)。為此目的設計的研究工具是192 IgG?Saporin,一種與核糖體失活蛋白(RIP)——Saporin結合的抗體。研究人員使用這種靶向毒素已有30多年。Verkhratsky 2019年發表的一篇文章回顧了AD模型,并指出這是唯一一種專門針對膽堿能神經元的損傷模型。

 

1983年,在尋找靶向毒素的最佳有效載荷的過程中,費倫佐·斯蒂普和同事發現了皂草素(Saporin),一種從普通皂莢植物皂莢中分離出來的植物蛋白。與蓖麻毒素和abrin不同,皂草素(Saporin)沒有結合鏈,不能單獨進入細胞。

 

目前科學家們已經設計出新的方法來使用皂草素(Saporin)來推進他們的研究和藥物開發活動,主要的有以下幾種:

  1. 一種新的自殺基因治療方法,使用編碼雙鏈DNA適體的載體來遞送編碼Saporin的基因;
  2. 將皂草素(Saporin)封裝在納米技術系統中用于開發癌癥治療;
  3. 更深入地了解疼痛和瘙癢之間的差異以及相關途徑;
  4. 開發穩定的癲癇動物模型,用于篩選特定的治療方法,從而產生消除疾病的微觀方法。

 

靶向毒素(通常由化學連接或基因融合的抗體/靶向肽)為神經科學提供了強大的工具,它可以消滅神經系統中特定神經元群體的,然后被用于研究行為和功能。皂草素(Saporin)是一種理想的分子,因為它極耐高溫和變性,結合后保持催化活性,并且缺乏結合鏈,無法自行進入細胞細胞質。因此,它有高活力、高效力、安全性和易于在實驗室中使用等優勢,它是研究最多的RIPs之一。我們在這里將介紹皂草素(Saporin)的歷史、當前應用以及該蛋白在神經科學領域的前景。

皂草素(Saporin)作用機理
圖1. 皂草素(Saporin)作用機理

 

2.皂草素(Saporin)的發現/功能

皂草素是一種從普通皂莢植物皂莢中分離出來的植物毒素,由Fiorenzo Stirpe領導的博洛尼亞大學的研究人員首次對其進行了表征,它屬于單鏈核糖體失活蛋白(RIPs)家族。皂草素的作用機制是通過切斷28S rRNA中特定腺嘌呤的N-糖苷鍵來抑制蛋白質合成,從而導致細胞死亡。如果沒有細胞結合鏈,如果沒有靶向劑將其護送到細胞中,皂草素就沒法內化。長期以來,RIP被認為是治療人類腫瘤的潛在完美組件,是制造Ehrlich“魔法子彈”的工具,并被廣泛研究用作癌癥治療工具。

 

Stirpe后來與Phil Thorpe領導的一個小組合作,在淋巴瘤模型中發表了皂草素(Saporin)免疫毒素的活性。在該項目中,作者們發表了一篇非常有說服力的評論,稱“OX7 抗體偶聯的Saporin作為體內抗腫瘤劑的有效性是與OX7抗體偶聯的蓖麻毒素a鏈的一百到一千倍”多年來,Saporin靶向毒素已多次用于治療人類疾病,但尚未被批準作為抗癌藥物成分。如最近所見,生產一種批準的Saporin作為癌癥藥物的努力仍在繼續。Saporin毒素在神經系統中的首次應用是在1991年6月Art Frankel的第二屆免疫毒素國際研討會上提出的。使用成纖維細胞生長因子Saporin(FGF-SAP)抑制抗成形術后再狹窄是一個令人興奮的用途,但會議組織者Ronald G. Wiley更感興趣的是向左側胼胝體注射FGF-SAP以及對另一側胼胝體的影響。會議結束后,Wiley建議使用與低親和力神經元受體抗體偶聯的Saporin,該受體選擇性地表達在大鼠基底前腦膽堿能神經元的神經元上,這導致了這些大鼠神經元的清除,隨后發表的論文受到了神經科學界的熱烈歡迎,他們長期以來一直希望找到一種針對這些細胞的特定毒素,作為阿爾茨海默氏病的模型。

 

3.免疫毒素192 IgG SAP貨號:IT01

192-IgG-SAP是小鼠單克隆抗體192-IgG的化學綴合物,其識別低親和力神經營養素受體和核糖體失活蛋白Saporin。這種抗神經元免疫毒素永久性地消除了基底前腦(CBF)、內側隔和布羅卡對角帶的膽堿能神經元,這些神經元為海馬提供關鍵輸入。192 IgG SAP還靶向小腦的Meynert和Purkinje神經元的基底核神經元,但不靶向杏仁核。

 

192-IgG-SAP于1991年首次用于神經元耗竭;四年后,通過腦室注射建立了第一個阿爾茨海默?。ˋD)大鼠模型。目前,192 IgG SAP被用于創建動物模型,用于研究行為、神經元損失、其他系統對損失的反應、替代治療以及藥物效應和依賴性。

 

科學家在AD和癡呆等神經退行性疾病中觀察到CBF神經元丟失的現象,這些損失與海馬體(一個參與學習和記憶的區域)的神經發生減少有關。選擇性損傷CBF神經元顯著損害大鼠海馬依賴性記憶功能。這與AD患者中從中間隔膜區域到海馬的膽堿能投射的減少有關,這解釋了記憶丟失。這造就了具有人類AD的大鼠模型。

免疫毒素192 IgG SAP
圖2:?腦室內注射192-IgG-SAP幾乎完全消除大鼠基底前腦低親和神經生長因子受體(p75NTR)陽性細胞。這種免疫毒素為研究人員提供了一種比化學、手術或電解損傷更具體、更有效的強大損傷工具。
(A)?對照組:大鼠膽堿能前腦p75ntr陽性神經元。
(B) 治療組:1次icv注射192-IgG-SAP可消除95%的目標神經元。
Saporin綴合物 對應的靶標 動物模型&主要研究領域 參考文獻
192-IgG-SAP (rat)(IT01) 神經生長因子受體 阿爾茨海默病 17
Acetylated LDL-SAP(IT08) I型/II型清道夫受體A 阿爾茨海默病 25
Anti-ChAT-SAP(IT42) 膽堿乙酰轉移酶 膽堿能系統 26
Anti-DAT-SAP(IT25) 多巴胺轉運蛋白 帕金森氏病 27
Anti-DBH-SAP(IT03) 多巴胺-β-羥化酶 阿爾茨海默病 28
Anti-GAT1-SAP(IT32) GABA轉運蛋白1 GABA系統 29
Anti-SERT-SAP(IT23) 血清素再攝取轉運體 血清素系統 30
Anti-vGAT-SAP(IT71) 囊泡GABA轉運蛋白 GABA系統 31
Bombesin-SAP(IT40) Bombesin受體(NMBR, GRPR&BRS3) Itch 32
CCK-SAP(IT31) CCK 受體(CCKAR&CCKBR) 饑餓與食欲 33
Cholera toxin B-SAP(IT14) GM1神經節苷脂 肌萎縮側索硬化癥 34
CRF-SAP(IT13) CRHR1&CRHR2受體 神經精神疾病 35
Dermorphin-SAP(IT12) mu opioid受體 疼痛 36
Exenatide-4-SAP(IT90) 胰高血糖素樣肽-1受體 饑餓與食欲 37
FGF-SAP(IT18) FGF受體 癌癥 38
Galanin-SAP(IT34) 甘丙肽受體 GABA系統 39
IB4-SAP(IT10) α-D-半乳糖 疼痛 40
Leptin-SAP(IT47) 瘦素受體 饑餓與食欲 41
Mac-1-SAP(IT06) 整合素αM 免疫系統 42
ME20.4-SAP (primates)(IT15) 神經生長因子受體 阿爾茨海默病 43
Melanopsin-SAP(IT44) 黑色素蛋白 晝夜節律 44
MOA-SAP(IT92) Blood group B antigens

(血型B抗原)

腎小球內皮損傷 45
mu p75-SAP (mice)(IT16) 神經生長因子受體 阿爾茨海默病 46
NKB-SAP(IT63) 神經激肽3受體 生殖系統 47
NMB-SAP(IT70) 神經介素B受體 疼痛 48
Nppb-SAP(IT69) 心房利鈉素受體(NPRA&NPRB) Itch 49
NPY-SAP(IT28) NPY受體 饑餓與食欲 50
Orexin B-SAP(IT20) OX1&OX2受體 嗜睡癥和失眠 51
OX7-SAP Thy-1糖蛋白 阿爾茨海默病 52
Oxytocin-SAP(IT46) 催產素受體 饑餓與食欲 53
QD-SAP 巨噬細胞清道夫受體1和甘露糖受體 阿爾茨海默病 54
Substance P-SAP 神經激肽1受體 癲癇和疼痛 55

表1. 在神經科學領域產生影響的Saporin綴合物列表。表中列出的每一種綴合物在各自的研究領域都有重大發現。這些綴合物要么創造特定的動物模型,要么具有各種用途和研究領域。這個列表不是一個詳盡的列表,但讓我們看到了Saporin綴合物的種類和范圍,這些綴合物幫助研究或成為研究中的基本工具。

通過Saporin綴合物創建的各種動物模型的圖表
圖3. 通過Saporin綴合物創建的各種動物模型的圖表。這張圖表顯示了一些結合物和它們在不同物種體內使用時所模擬的疾病。這并不是所有使用Saporin綴合物創建的動物模型,但提供了可以使用Saporin綴合物模擬的各種不同神經系統疾病的概念。

 

4.Saporin二級偶聯物ZAP抗體內化試劑盒

用Saporin制成的免疫毒素提供了強大的工具,特別是在神經科學領域,隨著這些領域的研究不斷擴大,尋找一種規?;暮Y選免疫毒素及評價特定免疫毒素的方法變得更加迫切了,于是基于Saporin開發的Saporin二級偶聯物和ZAP抗體內化試劑盒便應運而生了,關于Saporin二級偶聯物和ZAP抗體內化試劑盒更詳細的介紹可點擊下方鏈接了解:

https://www.amyjet.com/featured/ADC.shtml

 

3類不同Saporin二級偶聯物的作用效果對比:

3類不同Saporin二級偶聯物的作用效果對比
圖4
3類不同Saporin二級偶聯物的作用效果對比
圖5. 在圖5a中,Mab-ZAP+一抗復合物產生的效果與Saporin與同一抗體的直接偶聯物相似,更有趣的是,Fab-ZAP和FabFc-ZAP+二抗產生的細胞毒性效應是直接綴合物的12倍。圖5b還描述了Saporin二級偶聯物的一個有趣現象。當使用保持恒定濃度(4.5nM)的Fab-ZAP(藍色)和FabFc-ZAP(紫色)與滴定的小鼠單克隆192IgG反應時,可以看到化學計量效應。直覺上認為,使用更高劑量的一抗會導致更多數量的細胞死亡,但如圖5b所示,在最高濃度的192 IgG(10nM=Log-8)下,與低25倍濃度的抗體相比,可以看到細胞殺傷量減少。對此的解釋是:在一抗濃度較高時,游離的192-IgG較多,192-IgG+Fab-ZAP復合物較少。游離的192 IgG與綴合物競爭細胞表面結合位點,這反過來減少了被內化的Saporin的量,從而減少了細胞死亡。

 

5.Saporin部分高分引文賞析

Saporin部分高分引文賞析

Saporin引文增長趨勢圖

Saporin引文增長趨勢圖

 

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