阿爾茨海默癥（Alzheimer’s disease，AD）是一種進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病,，主要病理學(xué)特征由細(xì)胞外淀粉樣蛋白-β（Amyloid β,Aβ）沉積形成的老年斑（Senile plaques,SP）和神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)高度磷酸化tau聚集形成的神經(jīng)纖維纏結(jié)（Neurofibrillary tangles,NFTs）構(gòu)成,。這兩種病理蛋白在腦內(nèi)的異常積累與突觸功能障礙、神經(jīng)元死亡和AD認(rèn)知缺陷密切相關(guān),。因此靶向上述蛋白及其病理機(jī)制開發(fā)疾病修飾（disease-modifying）治療藥物一直是AD領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),。

2022年發(fā)表的Cell文章發(fā)現(xiàn)，X染色體相關(guān)的泛素特異性肽酶11（Ubiquitin-specific protease 11,，USP11）的高表達(dá)會(huì)促進(jìn)tau的去泛素化和穩(wěn)定性,，從而阻止tau蛋白的正常清除，加速tau的病理性聚集,，導(dǎo)致AD小鼠的認(rèn)知功能障礙,。USP11基因敲除后，能夠顯著改善AD小鼠的tau病變和認(rèn)知功能的受損,。因此抑制USP11介導(dǎo)的tau去泛素化進(jìn)而改善AD病理有望為AD治療提供全新的策略,。目前已知的USP11小分子抑制劑主要是米托蒽醌，主要用于治療急性髓系白血病等多種惡性腫瘤,。但由于水溶性差,、長(zhǎng)期使用有較為嚴(yán)重的藥物不良反應(yīng)，尤其是在老年,、合并癥多的患者中出現(xiàn)特別的心臟毒性,，因此難于在臨床上推廣應(yīng)用于老年AD患者。為此,，安全有效的新型小分子USP11抑制劑的研發(fā)仍然亟待解決,。

歷經(jīng)四年，貴州醫(yī)科大學(xué)/浙大城市學(xué)院譚俊教授團(tuán)隊(duì)與大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院李崧研究員合作通過大量的篩選優(yōu)化得到了全新結(jié)構(gòu)的小分子USP11選擇性抑制劑IsoLiPro（尼布林）,，并利用多種轉(zhuǎn)基因AD動(dòng)物模型反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在國(guó)際上首次明確了其臨床前抗AD的作用,。這一研究結(jié)果,，不僅有助于我們?nèi)媪私釧D的發(fā)病機(jī)制，同時(shí)也為AD新藥開發(fā)開辟了全新的方向,，并對(duì)其它以USP11為靶點(diǎn)的臨床疾病的治療產(chǎn)生了重要影響,。

據(jù)了解，全新小分子USP11抑制劑已經(jīng)由譚俊教授團(tuán)隊(duì)成立的新藥研發(fā)公司——安域生物科技（杭州）有限公司進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化的開發(fā)應(yīng)用，預(yù)計(jì)在2024年底或2025年初在中國(guó)開展臨床試驗(yàn),。

2024年10月,，貴州醫(yī)科大學(xué)/浙大城市學(xué)院譚俊教授團(tuán)隊(duì)和大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院李崧研究員合作在EMBO Molecular Medicine雜志在線發(fā)表了題為“Targeting USP11 regulation improves neuropathologies and cognition in Alzheimer transgenic mice”的研究文章。該研究在國(guó)際上首次明確了小分子USP11抑制劑能夠通過增加tau蛋白泛素化,，促進(jìn)其降解清除,，從而改善AD病理和認(rèn)知損害，發(fā)揮抗AD作用,。這一研究發(fā)現(xiàn)為開發(fā)新的AD治療策略提供了全新的靶標(biāo),。同時(shí)，全方位探索了尼布林作為新藥在長(zhǎng)期應(yīng)用中的毒副作用以及藥代學(xué)特征,，結(jié)果表明,，尼布林具有低的毒性且具有較好的動(dòng)力學(xué)特征，為后續(xù)的臨床研究提供基礎(chǔ),。

1,、尼布林的合成與表征

圖1 Synthesis and characterization of IsoLiPro.

將等摩爾量的異丁酸鋰（LiIB）和L-脯氨酸（Pro）在正丁醇中加熱回流，攪拌約3 h后自然冷卻結(jié)晶,，收集產(chǎn)生的晶體并對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)解析和性質(zhì)表征（圖1）,。XRPD、1H-NMR,、FT-IR等多種分析技術(shù)均證明,，尼布林是一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的配位化合物。

2,、IsoLiPro 在體外和體內(nèi)均可顯著降低 USP11 蛋白水平

為了進(jìn)一步探索尼布林對(duì)USP11的抑制效果,，課題組在SH-SY5Y細(xì)胞和HEK293細(xì)胞中篩選多種小分子藥物和尼布林對(duì)細(xì)胞中USP11的抑制作用，結(jié)果表明尼布林對(duì)USP11 的抑制效果最明顯,，且能夠時(shí)間和劑量依賴性降低SH-SY5Y細(xì)胞的USP11表達(dá)水平,，同時(shí)這一抑制作用具有USP11選擇性。在體內(nèi)研究中,，9.5月齡的3xTg-AD小鼠灌胃給藥尼布林4月后,，尼布林對(duì)USP11蛋白水平也有相同的抑制作用，其海馬和皮層區(qū)域的USP11表達(dá)水平均顯著降低（圖2）,。

圖2 IsoLiPro markedly decreases USP11 protein level in SH-SY5Y cells and the mice brain

3,、IsoLiPro 顯著增加 HEK293-hTau 細(xì)胞中的 tau 泛素化水平

為了進(jìn)一步探討尼布林加速tau蛋白清除的機(jī)制，課題組通過免疫沉淀（IP）結(jié)合液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（LC-MS/MS）對(duì)tau蛋白的泛素化進(jìn)行了分析,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，尼布林處理HEK293-hTau細(xì)胞后，tau蛋白的K48泛素化水平顯著升高（圖3）,。這一結(jié)果進(jìn)一步提示,，尼布林能夠通過降低USP11表達(dá),，抑制tau蛋白的去泛素化，從而增加其降解清除,，最終降低總tau和磷酸化tau水平,。

圖3 IsoLiPro alters tau ubiquitination levels in HEK293-hTau cells.

4、尼布林顯著緩解AD 轉(zhuǎn)基因小鼠模型大腦中的病理變化,，并改善認(rèn)知功能障礙

在上述細(xì)胞水平實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,，課題組進(jìn)一步利用3xTg-AD和5xFAD兩種轉(zhuǎn)基因AD動(dòng)物模型，評(píng)估了尼布林對(duì)tau病理的影響,。研究人員發(fā)現(xiàn),，9.5月齡的3xTg-AD小鼠和10周齡的5xFAD小鼠口服尼布林后，大腦中的總tau蛋白和磷酸化tau蛋白（p-tau181, p-tau202/205和p-tau396）顯著降低,。同時(shí),，尼布林還能顯著降低 5xFAD 小鼠腦組織海馬區(qū)的Iba1和 GFAP 水平，表明尼布林能夠改善膠質(zhì)細(xì)胞激活和神經(jīng)炎癥反應(yīng),。意外的是,，尼布林給藥后不僅顯著改善 tau 病理和神經(jīng)炎癥，還能顯著降低腦內(nèi)Aβ水平和斑塊沉積,，這一結(jié)果可能與尼布林通過抑制USP11表達(dá),，參與BACE1泛素化和降解以及 Li 對(duì) GSK-3β 激酶的活性降低有關(guān)。

除了tau病理,、神經(jīng)炎癥和Aβ 病理斑塊外,，課題組的研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)尼布林長(zhǎng)期給藥后能夠增加突觸標(biāo)志物SYN-1和PSD95蛋白的表達(dá)，并顯著提高神經(jīng)元樹突棘密度和數(shù)量,，表明尼布林能夠顯著改善AD模型動(dòng)物的神經(jīng)突觸可塑性（圖4）,。Morris水迷宮和Y迷宮實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與對(duì)照組相比,，經(jīng)過尼布林治療的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物展示出更好的行為表現(xiàn),。

此外，除了驗(yàn)證了尼布林對(duì)緩解AD病變作用及機(jī)制進(jìn)行研究外,，還對(duì)其毒性以及藥代等試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了評(píng)估,。結(jié)果表明，尼布林在長(zhǎng)期給藥過程中未發(fā)現(xiàn)明顯的毒性反應(yīng),。與碳酸鋰相比,，到達(dá)大腦中的鋰濃度更高，具有較好的藥代學(xué)特征,，,。這些均為尼布林的臨床研究提供更進(jìn)一步的基礎(chǔ)。

圖4 IsoLiPro ameliorates synaptic plasticity deficits and spatial memory impairment

圖5 尼布林抗AD作用機(jī)制示意圖

文章結(jié)論與討論,，啟發(fā)與展望本研究首次在體內(nèi)和體外模型中證實(shí)了尼布林能夠有效降低USP11蛋白水平,。機(jī)制研究表明，這一作用主要通過調(diào)節(jié)USP11的蛋白質(zhì)降解途徑實(shí)現(xiàn),，而非直接影響其酶活性,。通過降低USP11的蛋白水平，尼布林能夠增強(qiáng)tau蛋白的泛素化,，從而加速其降解,，改善AD轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型中的病理特征。這些結(jié)果揭示了USP11作為阿爾茨海默?。ˋD）治療潛在靶點(diǎn)的重要性,，并為通過抑制USP11蛋白水平治療AD提供了新思路（圖5）。

然而,，本研究也存在一些值得進(jìn)一步探索的問題,。首先，雖然本研究表明尼布林能夠調(diào)控USP11蛋白降解,，但要準(zhǔn)確反映其在體內(nèi)的作用機(jī)制,，還需要進(jìn)一步定量分析尼布林在大腦中的分布和濃度。通過明確其劑量-反應(yīng)關(guān)系,，可以更加精準(zhǔn)地評(píng)估尼布林的有效劑量范圍,，優(yōu)化治療方案。此外,，未來(lái)的研究應(yīng)進(jìn)一步聚焦尼布林與USP11在體內(nèi)尤其是大腦中的直接相互作用,，以揭示更為精準(zhǔn)的分子機(jī)制。結(jié)合這些信息,，我們的研究將能夠?yàn)槟岵剂肿鳛锳D治療藥物提供更強(qiáng)的基礎(chǔ)理論支持,，并有助于開發(fā)相關(guān)疾病中基于USP11的靶向治療策略。

原文鏈接：https://www.embopress.org/doi/full/10.1038/s44321-024-00146-7

本文共同通訊作者：譚俊博士,，貴州醫(yī)科大學(xué)和浙大城市學(xué)院特聘教授,；李崧博士，大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)疾病研究所研究員,。本文第一作者為貴州醫(yī)科大學(xué)郭義博士,。