自组装铁蛋白纳米平台实现APP/PS1小鼠中淀粉样蛋白-β靶向免疫治疗和认知恢复

Self-assembling ferritin nanoplatform enables amyloid-β-targeted immunotherapy and cognitive rescue in APP/PS1 mice

作者信息Jiaxin Liu, Chenxing Zhang, Lan Zhao, Rui Liu, Tianxin Cao, Daining Zhang, Zhenjiang Liu, Dong Sun, Yong Zhang, Xianghui Yu, Wei Kong, Hui Wu
PMID41687833
发布时间2026-07
DOI10.1016/j.bbi.2026.106486

实验完整度

包含纳米疫苗构建与表征、小鼠免疫原性评价、APP/PS1转基因小鼠治疗实验、行为学测试、病理学分析、安全性评估及非人灵长类免疫实验,证据层级多样。

主要模型

C57BL/6J野生型小鼠 APP/PS1转基因小鼠 恒河猴 BV2小胶质细胞

重点核对

疫苗剂量和佐剂配方:25 μg Fe-Spy-3CAβ、50 μg CpG、50 μL MF59,共5次免疫 Aducanumab对照:10 mg/kg,每周一次,4-9月龄 行为学测试时间点:Y迷宫和新物体识别在10月龄,旷场在12月龄,Morris水迷宫在14月龄 病理分析时间点:14月龄处死小鼠 恒河猴剂量:低剂量150 μg,高剂量600 μg,共4次免疫

摘要

Alzheimer's disease (AD) is a progressively neurodegenerative disorder. The accumulation and pathological aggregation of amyloid-β (Aβ) peptides are key events in the occurrence and progression of AD, positioning Aβ-targeted immunotherapy as a precision therapeutic approach. We present a click chemistry-assisted modular nanoparticle vaccine, Fe-Spy-3CAβ, constructed via SpyCatcher-SpyTag-mediated site-specific conjugation of Aβ1-6 epitopes onto engineered ferritin nanocages. This self-assembling nanoparticle vaccine elicited enhanced immunogenicity in APPswe/PSEN1dE9 transgenic mice, generating high-titer antibodies that specifically recognize neurotoxic Aβ42 oligomers. The vaccine promotes robust clearance of Aβ plaques in the cortical and hippocampal regions while rescuing spatial memory deficits. Notably, sex-specific differences are observed in pathological clearance and behavioral improvements, with male mice exhibiting better cognitive performance and reduced neuroinflammation compared to female counterparts, highlighting sex-specific differences in AD progression. Further immunization of rhesus monkeys confirmed the potent immunogenicity and favorable safety of Ferritin-based Aβ vaccine. Critically, serum antibodies from vaccinated monkeys specifically bound Aβ plaques in AD model mouse brain tissues.Our modular nanoassembly platform overcomes key limitations of conventional AD vaccines regarding immune activation efficiency and safety profiles, while offering a versatile approach for developing immunotherapies for neurodegenerative diseases.

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
开发一种基于铁蛋白纳米平台的Aβ主动免疫疫苗,以克服现有Aβ疫苗免疫原性弱和抗体应答持久性差的问题,并评估其治疗阿尔茨海默病的疗效和安全性。
核心机制
Fe-Spy-3CAβ疫苗通过展示多拷贝Aβ1-6表位,诱导产生针对Aβ寡聚体的特异性抗体,这些抗体通过增强小胶质细胞对Aβ斑块的吞噬作用来清除病理蛋白,同时抑制小胶质细胞的过度激活,且不扰乱神经炎症稳态。
主要证据
在APP/PS1小鼠中,Fe-Spy-3CAβ疫苗诱导高滴度抗体(4次免疫后154.09 μg/mL),减少皮层和海马Aβ斑块(皮层28%,海马48%),改善运动和学习记忆能力(水迷宫逃避潜伏期降低50%,平台穿越次数增加58%),并增强小胶质细胞与斑块的共定位和吞噬能力。
研究意义
该疫苗在非人灵长类中显示出强力免疫原性和良好安全性,且基于SpyCatcher/SpyTag的组装系统可扩展、经济,具有临床转化潜力。

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

纳米疫苗构建与表征

构建并验证基于铁蛋白和SpyCatcher/SpyTag系统的多价Aβ1-6表位展示平台。

将编码Ferritin-SpyCatcher的DNA克隆至pET30a载体,在大肠杆菌中表达并纯化,与合成的1CopyAβ1-6-SpyTag、2CopyAβ1-6-SpyTag、3CopyAβ1-6-SpyTag肽以1:4摩尔比偶联,通过SDS-PAGE、Native-PAGE、DLS、TEM和CD表征。

2

小鼠免疫原性评估

评估不同疫苗构建体的免疫原性,筛选最优疫苗和佐剂配方。

C57BL/6J小鼠分别免疫Fe-Spy-1CAβ、2CAβ、3CAβ,通过ELISA检测抗Aβ42抗体滴度,ELISpot评估T细胞应答,并优化佐剂组合。

3

APP/PS1小鼠治疗实验

评估Fe-Spy-3CAβ疫苗对APP/PS1小鼠认知和运动功能、Aβ病理及神经炎症的影响。

4月龄APP/PS1小鼠随机分为PBS组、疫苗组和Aducanumab组,进行免疫或抗体治疗,10-14月龄进行行为学测试,14月龄处死进行病理学分析。

4

病理学分析

评估疫苗对Aβ斑块、tau磷酸化、神经炎症和神经元凋亡的影响。

通过Thioflavin-S染色、免疫组化、Western blot、免疫荧光、TUNEL染色等方法分析小鼠脑组织病理变化。

5

安全性评估

评估疫苗在APP/PS1小鼠和恒河猴中的安全性。

通过普鲁士蓝染色检测脑微出血,H&E染色评估组织病理,ELISpot检测T细胞激活,细胞因子检测,以及恒河猴的临床观察和血液学分析。

6

抗体特异性与功能分析

分析疫苗诱导抗体的构象特异性及其介导小胶质细胞吞噬Aβ的能力。

通过ELISA和Western blot检测抗体与Aβ单体、寡聚体、纤维的结合,通过免疫组化检测抗体与脑内Aβ斑块的结合,并通过BV2细胞吞噬实验评估抗体介导的Aβ摄取。

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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Q阴离子交换层析GE Healthcare--
尺寸排阻层析GE Healthcare--
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime Biotechnology--
Zetasizer Nano ZS90动态光散射仪Malvern Instruments--
H-7650透射电子显微镜Hitachi--
JASCO J-1500分光偏振计JASCO--
Aβ42肽----
小鼠单克隆抗体6E10Biolegend803001
HRP标记的抗小鼠IgGProteintechSA00001-1
TMB底物Tiangen--
抗体分型试剂盒SigmaISO2
HRP标记的抗山羊IgGProteintechSA00001-4
普鲁士蓝染色试剂盒SolarbioG1422
核固红Solarbio--
VS200自动玻片扫描仪Olympus--
蛋白酶抑制剂Roche--
Iba-1抗体abcamab178846
纯化抗GFAP抗体Biolegend801103
APP/β-淀粉样蛋白重组兔单克隆抗体HUABIOHA722139
BACE1重组兔单克隆抗体HUABIOHA722244
纯化抗FOX3 (NeuN)抗体Biolegend834501
PSD95重组兔单克隆抗体HUABIOET1602-20
HRP标记的山羊抗小鼠/兔二抗Proteintech--
ECL化学发光试剂MeilunMA0186
GAPDH抗体Proteintech10494-1-AP
膜再生液Shanghai EpizymePS107
LEGENDplex试剂盒BioLegend--
TNF-α ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M3063
IL-1β ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M0037
IFN-α ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M0163
抗Aβ抗体(3D6)Genscrip--
抗pTau S202/T205抗体InvitrogenMN1020
抗pTau T181抗体abcamab254409
抗pTau T217抗体Invitrogen44-744
人免疫组化试剂盒BioLaborZN1829
即用型SABC-POD免疫组化试剂盒BioLaborZN1833
X34Sigma-AldrichSML1954-5MG
抗Iba1抗体abcamab178846
抗GFAP抗体Biolegend644702
山羊抗兔Alexa647abcamab150083
FITC标记的山羊抗小鼠IgG(H+L)Beyotime BiotechnologyA0568
抗Iba1抗体HUABIOHA722285
抗CD68抗体HUABIORT1316
山羊抗兔Alexa647abcamab150083
山羊抗小鼠Alexa555Jackson ImmunoResearch115-565-146
Zeiss LSM 710共聚焦激光扫描显微镜Zeiss--
Olympus FV4000共聚焦激光扫描显微镜Olympus--
CF488 TUNEL细胞凋亡检测试剂盒ServicebioG1504-50T
蛋白酶K----
抗NeuN抗体Biolegend834501
Alexa Fluor 647偶联的山羊抗小鼠二抗Jackson ImmunoResearch115-605-003
含DAPI的抗淬灭封片剂Beyotime Biotechnology--
IFN-γ ELISpot检测BD Biosciences--
人Aβ淀粉样蛋白1-42 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-H0543
饱和硫酸铵----
Aβ40肽GL Biochem (Shanghai) Ltd.--
Aβ42肽GL Biochem (Shanghai) Ltd.--
六氟异丙醇AladdinH1-7501
二甲基亚砜----
TMB底物TIANGENPA107
FITC标记的Aβ42肽----
白细胞介素-4 (IL-4)----
地塞米松----
含DAPI的抗淬灭封片剂----
Olympus CKX41-32PH自动荧光显微镜Olympus--
PVDF膜----
抗Aβ抗体(3D6)Genscrip--
抗pTau S202/T205抗体InvitrogenMN1020
抗pTau T181抗体abcamab254409
抗pTau T217抗体Invitrogen44-744
纯化抗FOX3 (NeuN)抗体Biolegend834501
人免疫组化试剂盒BioLaborZN1829
即用型SABC-POD免疫组化试剂盒BioLaborZN1833

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
纳米疫苗制备
Ferritin-SpyCatcher与SpyTag肽的偶联摩尔比(1:4)、反应时间(过夜)和温度(4°C);纯化方法(Q柱和SEC)
阅读提示:Methods 2.3
小鼠免疫
疫苗剂量(25 μg)、佐剂(50 μg CpG + 50 μL MF59)、免疫途径(肌肉注射)、免疫时间表(4次,间隔2周,8月龄加强)
阅读提示:Methods 2.6
行为学测试
测试时间点(Y迷宫、NOR在10月龄;OFT在12月龄;MWM在14月龄);迷宫设备参数(Y迷宫臂长、水迷宫池直径等)
阅读提示:Methods 2.8-2.11
病理分析
脑切片厚度(Thio-S 30 μm、IHC 4 μm);染色条件(Thio-S浓度和孵育时间、普鲁士蓝孵育时间);抗体稀释度(IHC 1:500,IF 1:500-1:1000)
阅读提示:Methods 2.12-2.14, 2.18-2.20
恒河猴实验
剂量(低150 μg、高600 μg)、佐剂(300 μg CpG + 250 μL MF59)、注射途径(双侧三角肌交替注射)、免疫次数(4次)
阅读提示:Methods 2.2