Tau蛋白人源化小鼠在加速阿爾茨海默病新藥研發(fā)中的應用
2024年，阿爾茨海默�。ˋD）藥物研發(fā)依舊充滿挑戰(zhàn)。年初，羅氏因臨床效果不佳將兩款AD抗體藥物歸還給AC Immune [1]。渤健也停止了Aβ單抗Aduhelm的開發(fā)和商業(yè)化，計劃聚焦Tau蛋白靶向的ASO和小分子療法 [2]。近日，基因泰克放棄了優(yōu)時比開發(fā)的Tau蛋白抗體藥物Bepranemab，轉向與Sangamo Therapeutics合作，探索針對Tau蛋白編碼基因MAPT的基因療法 [3]。同時，禮來的Aβ抗體藥物Donanemab雖獲批上市，但由于價格和療效原因未進入英國國家醫(yī)療服務體系（NHS），難以廣泛商業(yè)化 [4]。此外，艾伯維和強生等公司也相繼停止了部分AD研發(fā)項目 [5-6]�？梢�，AD藥物研發(fā)仍需要在療法類型和靶點上進行新的探索，特別是與轉鐵蛋白受體（TFRC）抗體偶聯(lián)以穿越血腦屏障、靶向Tau蛋白以及小核酸和基因編輯療法等新方向。
1. 阿爾茨海默�。ˋD）致病性假說
阿爾茨海默�。ˋD）是一種常見的神經(jīng)退行性疾病，是導致癡呆的主要原因之一。全球已有超過5500萬人受其影響，每年造成的總社會經(jīng)濟負擔接近1萬億美元 [8]。AD癥狀包括記憶喪失、認知能力下降和行為變化，對患者及其護理人員的生活產(chǎn)生重大影響。隨著人口老齡化，AD的發(fā)病率不斷上升，預計到2050年，全球AD患者數(shù)量將接近1.4億 [9]�，F(xiàn)有獲批的AD治療手段有限，主要包括膽堿酯酶抑制劑和NMDA受體拮抗劑，這些療法僅能在短期內(nèi)改善認知癥狀，無法阻止疾病的進展 [10]。盡管AD的確切機制尚不完全清楚，但主要的假說已得到廣泛認可，包括β-淀粉樣蛋白（Aβ）級聯(lián)假說、Tau蛋白假說、膽堿能假說以及金屬離子紊亂、神經(jīng)炎癥和線粒體功能障礙等 [11]。
2. Tau蛋白在阿爾茨海默�。ˋD）進展中的作用
Tau蛋白假說認為微管相關蛋白Tau在阿爾茨海默病（AD）進展中起著關鍵作用。Tau蛋白過度磷酸化形成神經(jīng)纖維纏結（NFTs），干擾細胞過程并加速神經(jīng)退行性病變。正常情況下，Tau蛋白穩(wěn)定神經(jīng)元內(nèi)的微管結構，但在AD患者體內(nèi)，Tau蛋白過度磷酸化后形成不可溶的NFTs，破壞細胞結構的完整性。這些纏結逐步積累，阻礙細胞內(nèi)運輸和信號傳導，最終導致神經(jīng)元功能障礙和細胞死亡。Tau蛋白病理在AD中極為普遍，NFTs被視為AD的標志性特征之一 [12-13]。Tau蛋白還與Aβ蛋白相互作用，加劇神經(jīng)退行性病變。除AD外，Tau蛋白異常還與其他神經(jīng)退行性疾病相關，這些疾病統(tǒng)稱為“Tau蛋白病”，包括額顳葉癡呆和進行性核上性麻痹等。針對Tau蛋白的治療策略主要包括抑制Tau過度磷酸化、防止Tau蛋白聚集及促進Tau蛋白清除等 [11, 14]。目前多項Tau靶向療法正進入臨床開發(fā)階段，這些療法若成功，有望為AD患者延緩疾病進程，并造福其他Tau蛋白病患者。
3. 賽業(yè)生物自研Tau人源化模型
為促進阿爾茨海默病和Tau蛋白病的研究，賽業(yè)生物自研多款原位表達人類Tau蛋白編碼基因MAPT及其3'UTR的人源化小鼠模型。產(chǎn)品涵蓋表達野生型MAPT基因和Tau蛋白的B6-htau小鼠（產(chǎn)品編號：C001410），以及含致病突變P301L和P301S的B6-htau*P301L小鼠（產(chǎn)品編號：I001181）和B6-htau*P301S小鼠（產(chǎn)品編號：I001182）。此外，賽業(yè)生物還將轉鐵蛋白受體（TFRC）人源化的B6-hTFRC小鼠（產(chǎn)品編號：I001189）與Tau人源化模型結合，構建了B6-hTFRC/htau小鼠（產(chǎn)品編號：I001209），以助力突破血腦屏障（BBB）的Tau靶向藥物開發(fā)。以下為這些模型的表型數(shù)據(jù)。
4. Tau人源化模型均成功表達人源MAPT基因
通過RT-qPCR檢測小鼠體內(nèi)人源MAPT基因的表達情況，結果顯示在B6-htau小鼠、B6-htau*P301L小鼠和B6-htau*P301S小鼠體內(nèi)均有顯著人源MAPT基因表達，且不再表達小鼠內(nèi)源性Mapt基因。
5. Tau人源化小鼠表達人源Tau蛋白的多種異構體
通過Western blot，利用人源Tau蛋白特異性抗體檢測小鼠腦部人源Tau蛋白的表達。檢測結果顯示，B6-htau小鼠成功表達人源Tau蛋白，并可檢測到多種不同的人類Tau蛋白異構體。
6. 人源MAPT靶向小干擾RNA（siRNA）藥效評估
經(jīng)兩種靶向人類MAPT基因的siRNA（AD-1637701和Conjugate 31）處理后，B6-htau小鼠的海馬和大腦皮層中人源MAPT mRNA的表達量顯著下降。
總結
B6-htau小鼠（產(chǎn)品編號：C001410）、B6-htau*P301L小鼠（產(chǎn)品編號：I001181）、B6-htau*P301S小鼠（產(chǎn)品編號：I001182）、B6-hTFRC小鼠（產(chǎn)品編號：I001189）和B6-hTFRC/htau小鼠（產(chǎn)品編號：I001209）均為賽業(yè)生物專為阿爾茨海默�。ˋD）研究開發(fā)的人源化小鼠模型。B6-htau小鼠成功表達人類MAPT基因而不表達小鼠內(nèi)源性Mapt基因，且能產(chǎn)生多種人源Tau蛋白異構體，并成功用于靶向人類MAPT基因的小干擾RNA（siRNA）療法的測試。B6-htau*P301L和B6-htau*P301S小鼠則分別攜帶MAPT基因的致病突變P301L和P301S，同樣成功表達人源MAPT基因。這些模型在表達完整人源MAPT基因的基礎上，保留了人類MAPT Pre-mRNA的全部剪接模式，產(chǎn)生多種Tau蛋白亞型。它們不僅適用于研究Tau蛋白在AD發(fā)病機制中的關鍵作用，還可用于評估靶向MAPT基因或Tau蛋白的小核酸、基因編輯、抗體及小分子療法的藥效。
此外，賽業(yè)生物還提供多種針對神經(jīng)退行性疾病的誘導性或遺傳性小鼠模型，以及靶點人源化和全基因組人源化模型，以滿足科研人員在多種疾病研究和療法開發(fā)中的需求。
參考文獻
[1] Roche’s Genentech returns Alzheimer’s assets to AC Immune, cutting 18-year tie. (2024, November 1). Retrieved from https://www.fiercebiotech.com/biotech/roches-genentech-returns-alzheimers-assets-ac-immune-cutting-18-year-tie-biotech
[2] Biogen to Realign Resources for Alzheimer's Disease Franchise. (2024, November 1). Retrieved from https://investors.biogen.com/news-releases/news-release-details/biogen-realign-resources-alzheimers-disease-franchise
[3] Sangamo Therapeutics Announces Global Epigenetic Regulation and Capsid Delivery License Agreement with Genentech to Develop Novel Genomic Medicines for Neurodegenerative Diseases. (2024, November 1). Retrieved from https://investor.sangamo.com/news-releases/news-release-details/sangamo-therapeutics-announces-global-epigenetic-regulation-and
[4] Approval Alert: Eli Lilly’s Kisunla™ (Donanemab-azbt) UK Approved but Not Reimbursed. (2024, November 1). Retrieved from https://www.pearceip.law/2024/10/23/approval-alert-eli-lillys-kisunla-donanemab-azbt-uk-approved-but-not-reimbursed/
[5] AbbVie axes mid-stage Alzheimer’s program amid evolving landscape. (2024, November 1). Retrieved from https://www.fiercebiotech.com/biotech/abbvie-axes-mid-stage-alzheimers-program-amid-evolving-landscape
[6] J&J jettisons several programs, ending seltorexant work for Alzheimer's. (2024, November 1). Retrieved from https://www.fiercebiotech.com/biotech/jj-jettisons-several-programs-ending-seltorexant-work-alzheimers
[7] Cummings J, Zhou Y, Lee G, Zhong K, Fonseca J, Cheng F. Alzheimer's disease drug development pipeline: 2024. Alzheimers Dement (N Y). 2024 Apr 24;10(2):e12465. Dutch.
[8] Behrman S, Chouliaras L, Ebmeier KP. Considering the senses in the diagnosis and management of dementia. Maturitas. 2014 Apr;77(4):305-10.
[9] 2023 Alzheimer's disease facts and figures. Alzheimers Dement. 2023 Apr;19(4):1598-1695.
[10] Liu E, Zhang Y, Wang JZ. Updates in Alzheimer's disease: from basic research to diagnosis and therapies. Transl Neurodegener. 2024 Sep 4;13(1):45.
[11] Abuelezz NZ, Nasr FE, AbdulKader MA, Bassiouny AR, Zaky A. MicroRNAs as Potential Orchestrators of Alzheimer's Disease-Related Pathologies: Insights on Current Status and Future Possibilities. Front Aging Neurosci. 2021 Oct 12;13:743573.
[12] Chen Y, Yu Y. Tau and neuroinflammation in Alzheimer's disease: interplay mechanisms and clinical translation. J Neuroinflammation. 2023 Jul 14;20(1):165.
[13] Yang J, Zhi W, Wang L. Role of Tau Protein in Neurodegenerative Diseases and Development of Its Targeted Drugs: A Literature Review. Molecules. 2024 Jun 13;29(12):2812.
[14] Congdon EE, Ji C, Tetlow AM, Jiang Y, Sigurdsson EM. Tau-targeting therapies for Alzheimer disease: current status and future directions. Nat Rev Neurol. 2023 Dec;19(12):715-736.
[15] Frost B. Alzheimer's disease and related tauopathies: disorders of disrupted neuronal identity. Trends Neurosci. 2023 Oct;46(10):797-813.
圖1. 2024年阿爾茨海默�。ˋD）藥物研發(fā)的總體現(xiàn)狀 [7]。
1. 阿爾茨海默�。ˋD）致病性假說
阿爾茨海默�。ˋD）是一種常見的神經(jīng)退行性疾病，是導致癡呆的主要原因之一。全球已有超過5500萬人受其影響，每年造成的總社會經(jīng)濟負擔接近1萬億美元 [8]。AD癥狀包括記憶喪失、認知能力下降和行為變化，對患者及其護理人員的生活產(chǎn)生重大影響。隨著人口老齡化，AD的發(fā)病率不斷上升，預計到2050年，全球AD患者數(shù)量將接近1.4億 [9]�，F(xiàn)有獲批的AD治療手段有限，主要包括膽堿酯酶抑制劑和NMDA受體拮抗劑，這些療法僅能在短期內(nèi)改善認知癥狀，無法阻止疾病的進展 [10]。盡管AD的確切機制尚不完全清楚，但主要的假說已得到廣泛認可，包括β-淀粉樣蛋白（Aβ）級聯(lián)假說、Tau蛋白假說、膽堿能假說以及金屬離子紊亂、神經(jīng)炎癥和線粒體功能障礙等 [11]。
圖2. 阿爾茨海默�。ˋD）的多種致病性假說
2. Tau蛋白在阿爾茨海默�。ˋD）進展中的作用
Tau蛋白假說認為微管相關蛋白Tau在阿爾茨海默病（AD）進展中起著關鍵作用。Tau蛋白過度磷酸化形成神經(jīng)纖維纏結（NFTs），干擾細胞過程并加速神經(jīng)退行性病變。正常情況下，Tau蛋白穩(wěn)定神經(jīng)元內(nèi)的微管結構，但在AD患者體內(nèi)，Tau蛋白過度磷酸化后形成不可溶的NFTs，破壞細胞結構的完整性。這些纏結逐步積累，阻礙細胞內(nèi)運輸和信號傳導，最終導致神經(jīng)元功能障礙和細胞死亡。Tau蛋白病理在AD中極為普遍，NFTs被視為AD的標志性特征之一 [12-13]。Tau蛋白還與Aβ蛋白相互作用，加劇神經(jīng)退行性病變。除AD外，Tau蛋白異常還與其他神經(jīng)退行性疾病相關，這些疾病統(tǒng)稱為“Tau蛋白病”，包括額顳葉癡呆和進行性核上性麻痹等。針對Tau蛋白的治療策略主要包括抑制Tau過度磷酸化、防止Tau蛋白聚集及促進Tau蛋白清除等 [11, 14]。目前多項Tau靶向療法正進入臨床開發(fā)階段，這些療法若成功，有望為AD患者延緩疾病進程，并造福其他Tau蛋白病患者。
圖3. Tau蛋白與多種因素協(xié)同驅動阿爾茨海默�。ˋD）及Tau蛋白病發(fā)生和發(fā)展 。
3. 賽業(yè)生物自研Tau人源化模型
為促進阿爾茨海默病和Tau蛋白病的研究，賽業(yè)生物自研多款原位表達人類Tau蛋白編碼基因MAPT及其3'UTR的人源化小鼠模型。產(chǎn)品涵蓋表達野生型MAPT基因和Tau蛋白的B6-htau小鼠（產(chǎn)品編號：C001410），以及含致病突變P301L和P301S的B6-htau*P301L小鼠（產(chǎn)品編號：I001181）和B6-htau*P301S小鼠（產(chǎn)品編號：I001182）。此外，賽業(yè)生物還將轉鐵蛋白受體（TFRC）人源化的B6-hTFRC小鼠（產(chǎn)品編號：I001189）與Tau人源化模型結合，構建了B6-hTFRC/htau小鼠（產(chǎn)品編號：I001209），以助力突破血腦屏障（BBB）的Tau靶向藥物開發(fā)。以下為這些模型的表型數(shù)據(jù)。
4. Tau人源化模型均成功表達人源MAPT基因
通過RT-qPCR檢測小鼠體內(nèi)人源MAPT基因的表達情況，結果顯示在B6-htau小鼠、B6-htau*P301L小鼠和B6-htau*P301S小鼠體內(nèi)均有顯著人源MAPT基因表達，且不再表達小鼠內(nèi)源性Mapt基因。
圖4. B6-htau小鼠、B6-htau*P301L小鼠和B6-htau*P301S小鼠體內(nèi)基因檢測
5. Tau人源化小鼠表達人源Tau蛋白的多種異構體
通過Western blot，利用人源Tau蛋白特異性抗體檢測小鼠腦部人源Tau蛋白的表達。檢測結果顯示，B6-htau小鼠成功表達人源Tau蛋白，并可檢測到多種不同的人類Tau蛋白異構體。
圖5. B6-htau小鼠和野生型小鼠（WT）腦部人源tau蛋白表達分析。
6. 人源MAPT靶向小干擾RNA（siRNA）藥效評估
經(jīng)兩種靶向人類MAPT基因的siRNA（AD-1637701和Conjugate 31）處理后，B6-htau小鼠的海馬和大腦皮層中人源MAPT mRNA的表達量顯著下降。
圖6. 靶向人類MAPT的siRNA成功降低B6-htau小鼠體內(nèi)MAPT的表達
總結
B6-htau小鼠（產(chǎn)品編號：C001410）、B6-htau*P301L小鼠（產(chǎn)品編號：I001181）、B6-htau*P301S小鼠（產(chǎn)品編號：I001182）、B6-hTFRC小鼠（產(chǎn)品編號：I001189）和B6-hTFRC/htau小鼠（產(chǎn)品編號：I001209）均為賽業(yè)生物專為阿爾茨海默�。ˋD）研究開發(fā)的人源化小鼠模型。B6-htau小鼠成功表達人類MAPT基因而不表達小鼠內(nèi)源性Mapt基因，且能產(chǎn)生多種人源Tau蛋白異構體，并成功用于靶向人類MAPT基因的小干擾RNA（siRNA）療法的測試。B6-htau*P301L和B6-htau*P301S小鼠則分別攜帶MAPT基因的致病突變P301L和P301S，同樣成功表達人源MAPT基因。這些模型在表達完整人源MAPT基因的基礎上，保留了人類MAPT Pre-mRNA的全部剪接模式，產(chǎn)生多種Tau蛋白亞型。它們不僅適用于研究Tau蛋白在AD發(fā)病機制中的關鍵作用，還可用于評估靶向MAPT基因或Tau蛋白的小核酸、基因編輯、抗體及小分子療法的藥效。
此外，賽業(yè)生物還提供多種針對神經(jīng)退行性疾病的誘導性或遺傳性小鼠模型，以及靶點人源化和全基因組人源化模型，以滿足科研人員在多種疾病研究和療法開發(fā)中的需求。
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[8] Behrman S, Chouliaras L, Ebmeier KP. Considering the senses in the diagnosis and management of dementia. Maturitas. 2014 Apr;77(4):305-10.
[9] 2023 Alzheimer's disease facts and figures. Alzheimers Dement. 2023 Apr;19(4):1598-1695.
[10] Liu E, Zhang Y, Wang JZ. Updates in Alzheimer's disease: from basic research to diagnosis and therapies. Transl Neurodegener. 2024 Sep 4;13(1):45.
[11] Abuelezz NZ, Nasr FE, AbdulKader MA, Bassiouny AR, Zaky A. MicroRNAs as Potential Orchestrators of Alzheimer's Disease-Related Pathologies: Insights on Current Status and Future Possibilities. Front Aging Neurosci. 2021 Oct 12;13:743573.
[12] Chen Y, Yu Y. Tau and neuroinflammation in Alzheimer's disease: interplay mechanisms and clinical translation. J Neuroinflammation. 2023 Jul 14;20(1):165.
[13] Yang J, Zhi W, Wang L. Role of Tau Protein in Neurodegenerative Diseases and Development of Its Targeted Drugs: A Literature Review. Molecules. 2024 Jun 13;29(12):2812.
[14] Congdon EE, Ji C, Tetlow AM, Jiang Y, Sigurdsson EM. Tau-targeting therapies for Alzheimer disease: current status and future directions. Nat Rev Neurol. 2023 Dec;19(12):715-736.
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