鞘内递送AAV-NDNF可改善ALS小鼠的疾病进展

Intrathecal delivery of AAV-NDNF ameliorates disease progression of ALS mice

作者信息Wei Cheng, Jing Huang, Xiu-Qing Fu, Wei-Ya Tian, Peng-Ming Zeng, Yang Li, Zhen-Ge Luo
PMID37766430
期刊Mol Ther
发布时间2023-11-01
DOI10.1016/j.ymthe.2023.09.018

实验完整度

包含体内动物模型(SOD1G93A小鼠)多个阶段干预,组织学、行为学、分子及转录组等多层级验证,并涉及机制通路分析。

主要模型

SOD1G93A转基因小鼠(ALS模型) HEK293T细胞(用于病毒包装和表达验证) WT小鼠(对照)

重点核对

AAV-NDNF在不同疾病阶段(P61、P85、P100-110)的鞘内注射剂量和时机 运动功能评估(Catwalk步态分析) 脊髓运动神经元存活计数(ChAT染色) 神经肌肉接头(NMJ)神经支配状态评估 mTOR信号通路激活(pS6水平)

摘要

肌萎缩侧索硬化症(ALS)是一种致命的神经退行性疾病,其特征是运动神经元进行性退化和神经肌肉去神经支配。腺相关病毒(AAV)介导的营养因子递送被认为是潜在的治疗策略。在此,我们展示了AAV介导的神经元源性神经营养因子(NDNF)过表达对SOD1G93A ALS模型小鼠的显著作用。首先,我们采用AAV-PHP.eB衣壳,通过鞘内递送实现靶蛋白在脑和脊髓中的广泛表达。然后,我们测试了AAV-NDNF在疾病不同阶段对SOD1G93A小鼠的作用。有趣的是,在症状后期早期递送AAV-NDNF显著改善了运动表现并减轻了体重减轻。在症状中期注射仍可改善运动能力,尽管未能减轻体重减轻。晚期注射也延长了SOD1G93A小鼠的寿命。此外,NDNF表达促进了脊髓运动神经元的存活,减少了异常蛋白聚集,并保留了神经支配的神经肌肉功能。我们进一步分析了NDNF表达的信号通路,发现它激活了细胞存活和生长相关的哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路,并下调了凋亡相关通路。因此,鞘内递送AAV-NDNF为ALS的治疗提供了潜在策略。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
AAV介导的NDNF过表达对SOD1G93A ALS小鼠的疾病进展是否有改善作用,其潜在机制是什么?
核心机制
NDNF过表达激活细胞存活和生长相关的mTOR信号通路,并下调凋亡相关信号通路
主要证据
在SOD1G93A小鼠中,AAV-NDNF鞘内注射改善了运动功能、减轻体重减轻、延长寿命,并增加脊髓运动神经元存活、减少蛋白聚集、改善神经肌肉接头;RNA-seq显示mTOR相关通路激活和凋亡通路下调
研究意义
为ALS的治疗提供了潜在策略,并提示NDNF可能适用于其他神经退行性疾病

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

NDNF表达模式分析

评估NDNF在正常和ALS小鼠脊髓中的时空表达

通过免疫印迹和免疫染色检测NDNF在发育过程中的表达,以及在SOD1G93A小鼠不同疾病阶段的表达,并通过RNA原位杂交验证NDNF在运动神经元中的表达

2

AAV载体构建及转导效率验证

优化AAV载体以实现高效的中枢神经系统神经元转导

比较AAV-PHP.eB衣壳介导的hSyn或CBh启动子驱动的GFP表达,并通过腰椎穿刺鞘内注射评估转导效率

3

AAV-NDNF对行为表现的影响

评估AAV-NDNF在疾病不同阶段对体重和运动功能的影响

在P61或P85鞘内注射AAV-NDNF或对照病毒,通过Catwalk步态分析和体重监测评估效果

4

组织学分析:运动神经元、NMJ和蛋白聚集

评估AAV-NDNF对运动神经元存活、神经肌肉接头完整性和蛋白聚集的影响

对P135小鼠的脊髓和肌肉进行免疫染色,计数运动神经元、评估NMJ神经支配状态、检测泛素化蛋白聚集

5

转录组分析

探索NDNF过表达介导的分子机制

对AAV-NDNF处理的小鼠脊髓进行bulk RNA-seq,并进行差异表达基因和通路富集分析

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证样本或模型特征
验证细胞功能变化
验证分子表达变化
验证机制链路
评估体内效果

产品清单

实验环节名称品牌货号
pUCmini-iCAP-PHP.eBAddgene#103005
聚乙烯亚胺(PEI 40000)Yeasen#40816ES02
碘克沙醇Sigma-Aldrich#D1556-250ML
Amicon Ultra-100离心过滤器Millipore#UFC910096
脱氧核糖核酸酶IThermo Fisher Scientific#EN0525
SYBR GreenBimake#B21702
RIPA裂解液BeyotimeP0013B
蛋白酶抑制剂混合物BimakeB14001
上样缓冲液TsingkeTSJ010
GAPDH抗体Proteintech60004-1-Ig
NDNF抗体Abcamab177456
Myc抗体Sigma05-419
pS6抗体Cell Signaling5364
S6抗体Cell Signaling2317
肌动蛋白抗体MilliporeMAB1501
辣根过氧化物酶标记的山羊抗小鼠二抗BeyotimeA0216
辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔二抗BeyotimeA0208
Catwalk步态分析系统----
DAPIBeyotimeC1002
ChAT抗体MilliporeAb1449
NeuN抗体(小鼠)MilliporeMAB377
NeuN抗体(大鼠)oasis BiofarmOB-PRT013-01
GFP抗体AvesGFP-1020
Myc抗体Cell Signaling Technology2278S
S100抗体DakoZ0311
神经丝抗体Biolegend837904
突触素-1抗体Cell Signaling5297S
泛素抗体Proteintech10201-2-AP
GFAP抗体DakoZ0334
Iba1抗体AbcamAb283346
pS6抗体Cell Signaling5364
Alexa Fluor 488标记的驴抗小鼠二抗InvitrogenA21202
Alexa Fluor 488标记的驴抗鸡二抗Jackson Laboratories703-546-155
Alexa Fluor 555标记的驴抗兔二抗InvitrogenA31572
Alexa Fluor 555标记的驴抗大鼠二抗InvitrogenA48270
Alexa Fluor 555标记的驴抗山羊二抗InvitrogenA21432
Alexa Fluor 647标记的驴抗兔二抗InvitrogenA32795
Alexa Fluor 647标记的驴抗山羊二抗InvitrogenA21447
牛血清白蛋白Sigma#V900933
封片剂DAKOS3023
α-银环蛇毒素Biotium00005
ELISA试剂盒Jining ShiyeJN823680
冷冻切片机LeicaCryoStar NX50
Ndnf探针ACD447471-C1
Chat探针ACD40831-C2
Illumina NovaSeq PE150测序仪Illumina--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型和分组
SOD1G93A小鼠的性别分布、年龄和分组数量
阅读提示:Materials and methods: Animals; Figure legends
AAV注射
AAV剂量、注射时间点(P61, P85, P105, P100-110)、注射体积和注射部位
阅读提示:Materials and methods: Intrathecal injection; Figure legends
行为学检测
Catwalk步态分析的训练和测试方案、记录次数和有效性标准
阅读提示:Materials and methods: Behavior analysis
组织学分析
切片厚度、染色抗体及稀释比例、显微镜设置
阅读提示:Materials and methods: Immunostaining and RNAscope