亨廷顿病小鼠脑中突变亨廷顿蛋白降低时,升高的血浆和脑脊液神经丝轻链浓度趋于稳定

Elevated plasma and CSF neurofilament light chain concentrations are stabilized in response to mutant huntingtin lowering in the brains of Huntington's disease mice

作者信息Nicholas S Caron, Lauren M Byrne, Fanny L Lemarié, Jeffrey N Bone, Amirah E-E Aly, Seunghyun Ko, Christine Anderson, Lorenzo L Casal, Austin M Hill, David J Hawellek, Peter McColgan, Edward J Wild, Blair R Leavitt, Michael R Hayden
PMID39380076
发布时间2024-10-08
DOI10.1186/s40035-024-00443-8

实验完整度

包含YAC128小鼠模型自然史纵向分析、ASO介导的mHTT降低在不同疾病阶段的干预实验,以及急性神经毒性模型,涉及多个独立证据层级,包含功能验证和机制验证。

主要模型

YAC128转基因亨廷顿病小鼠模型 野生型同窝对照小鼠 喹啉酸诱导的纹状体急性神经退行性变模型

重点核对

YAC128小鼠和野生型同窝对照小鼠的基因型鉴定 HTT ASO的给药剂量(15 µg或50 µg)及给药方式(单次单侧脑室内注射) HTT ASO治疗起始年龄(2月龄、8月龄、12月龄) NfL检测方法(SIMOA HD-1分析仪,NF-Light试剂盒)及样品稀释倍数(血浆1:40,CSF 1:100)

摘要

背景:旨在降低大脑中有毒突变亨廷顿蛋白(mHTT)水平的治疗方法可以在亨廷顿病(HD)动物模型中逆转疾病表型,目前正在临床试验中进行评估。需要灵敏且动态的反应性生物标志物来评估此类候选疗法的疗效。神经丝轻链(NfL)是一种神经退行性变的生物标志物,随着HD的进展,其在脑脊液(CSF)和血液中的水平升高。然而,目前尚不清楚生物体液中的NfL是否可以作为评估HD疾病修饰疗法疗效的反应性生物标志物。方法:在疾病的自然史中,收集了HD的YAC128转基因小鼠模型和野生型(WT)同窝对照小鼠的纵向血浆和横断面CSF样本。此外,在疾病表型发生前后,对YAC128小鼠脑室内给予靶向突变HTT转基因的反义寡核苷酸(ASO)(HTT ASO)后,收集了生物体液。使用超灵敏单分子阵列技术定量了血浆和CSF中的NfL浓度。结果:从9月龄起,YAC128小鼠的血浆和CSF NfL浓度显著高于WT同窝对照小鼠。用15或50 µg HTT ASO治疗YAC128小鼠,在3个月的时间间隔内,导致整个大脑中mHTT的剂量依赖性、等位基因选择性降低,并且高剂量HTT ASO治疗可持续长达6个月。在该模型中区域性大脑萎缩和HD样运动缺陷发生前降低脑内mHTT,在任一剂量下对血浆NfL影响极小,但导致CSF NfL呈剂量依赖性降低。相反,在YAC128小鼠神经病理学和行为学表型出现后开始降低脑内mHTT,导致血浆和CSF中NfL升高呈剂量依赖性稳定。结论:我们的数据提供了证据,表明生物体液中NfL的反应受脑内mHTT降低程度和干预时机的影响,提示NfL可能作为HD的一种有前景的探索性反应性生物标志物。

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
生物体液中的NfL浓度是否对脑内突变亨廷顿蛋白(mHTT)的等位基因选择性降低产生反应,以及脑内mHTT降低的程度和干预时机是否影响这种反应。
核心机制
脑内mHTT降低通过减少神经退行性变,从而稳定或降低生物体液中的NfL水平。
主要证据
在YAC128小鼠中,早期干预(2月龄)降低mHTT导致CSF NfL剂量依赖性降低,但血浆NfL无显著变化;在晚期干预(12月龄)和中期干预(8月龄)中,高剂量HTT ASO降低了血浆和CSF NfL的升高。
研究意义
NfL可能作为HD疾病修饰疗法疗效评估的探索性反应性生物标志物。

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

自然史特征分析

表征YAC128小鼠和野生型对照在不同年龄段的血浆和CSF NfL水平变化。

收集2、6、9、12、15月龄YAC128和WT小鼠的横断面血浆和CSF样本,以及6至12月龄的纵向血浆样本,使用SIMOA技术测量NfL浓度。

2

急性神经退行性变模型评估

评估急性纹状体神经退行性变对血浆和CSF NfL水平的影响。

对4月龄YAC128小鼠进行单侧纹状体内注射喹啉酸(QA)或PBS,在注射后第3天和第7天收集血浆和CSF样本,并检测NfL水平。

3

HTT ASO剂量反应和时间过程实验

确定HTT ASO在YAC128小鼠脑中降低mHTT的剂量反应和持续时间。

对2月龄YAC128小鼠进行单次单侧脑室内注射PBS、15 µg或50 µg HTT ASO,在注射后0.5、1、2、3个月(以及50 µg剂量额外检测4、5、6个月)收集脑组织,使用定量免疫印迹法检测不同脑区(皮层、纹状体、海马、小脑)的mHTT水平。

4

早期干预实验(2月龄)

评估在运动缺陷和脑萎缩发生前降低mHTT对血浆和CSF NfL水平的影响。

对2月龄YAC128小鼠进行单次ICV注射PBS、15 µg或50 µg HTT ASO,在3个月后收集血浆、CSF和脑组织,检测mHTT水平、NfL浓度及Gfap表达。

5

晚期干预实验(12月龄)

评估在纹状体神经元丢失后降低mHTT对血浆和CSF NfL水平的影响。

对12月龄YAC128小鼠进行单次ICV注射PBS、15 µg或50 µg HTT ASO,在3个月后收集血浆、CSF和脑组织,检测mHTT水平、NfL浓度及mHTT聚集体。

6

中期干预实验(8月龄)

评估在早期/中期症状阶段降低mHTT对血浆和CSF NfL水平的影响。

对8月龄YAC128小鼠进行单次ICV注射PBS或50 µg HTT ASO,在6个月后收集血浆、CSF和脑组织,检测mHTT水平、NfL浓度及mHTT聚集体。

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
阿佛丁(三溴乙醇)Sigma AldrichT48402
Hamilton注射器Hamilton--
UltraMicroPump微量注射泵及Micro4控制器World Precision Instruments--
EDTA涂层试管Sarstedt41.1395.105
EDTA涂层毛细管采血管Sarstedt16.444.100
NF-Light试剂盒Quanterix103186
SIMOA HD-1分析仪Quanterix--
Tissue-TEK O.C.T.包埋剂Sakura4583
Leica CM3050 S冷冻切片机Leica--
MP Biomedicals裂解基质D管Thermo Fisher ScientificMP116913500
FastPrep FP120细胞破碎仪Thermo Electron--
RNeasy Mini试剂盒Qiagen74106
SuperScript III第一链合成系统Invitrogen18080051
SYBR Green PCR预混液Thermo Fisher Scientific4368706
Applied Biosystems 7500 Fast实时荧光PCR系统Thermo Fisher Scientific--
Fluoro-Jade C染料BiosensisTR-100-FJ
含DAPI的ProLong Gold抗淬灭封片剂InvitrogenP36941
Zeiss Axioplan 2显微镜Carl Zeiss AG--
小鼠抗EM48抗体Sigma-AldrichMAB5374
鸡抗NeuN抗体Sigma-AldrichABN91
山羊抗小鼠AlexaFluor-488二抗InvitrogenA-11029
山羊抗鸡AlexaFluor-647二抗InvitrogenA-21449
Leica TCS SP5激光扫描共聚焦显微镜Leica--
DC蛋白定量试剂盒Bio-Rad5000113 and 5000114
NuPAGE LDS上样缓冲液InvitrogenNP0007
兔抗NfL抗体Cell Signaling Technology2837
小鼠抗肌动蛋白抗体Sigma-AldrichMAB1501R
IRDye 800CW山羊抗兔二抗LI-COR Biosciences926-3221
Alexa Fluor 680山羊抗小鼠二抗InvitrogenA21058
LI-COR Odyssey红外成像系统LI-COR Biosciences--
小鼠抗HTT抗体1CU-4C8Thermo Fisher ScientificMAB2166
兔抗钙联蛋白抗体Sigma-AldrichC4731
IR dye 800CW山羊抗小鼠二抗Rockland Immunochemicals610-131-007
AlexaFluor 680山羊抗兔二抗InvitrogenA21076
MW8抗体Developmental Studies Hybridoma BankMW8
4C9-sulfo抗体----
靶向人HTT转录本的反义寡核苷酸(HTT ASO)Qiagen--

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
YAC128转基因小鼠和野生型同窝对照;基因型鉴定;年龄(2、8、12月龄);性别比例大致相等
阅读提示:Methods: Mice
HTT ASO给药
HTT ASO剂量(15 µg或50 µg);给药方式(单次单侧脑室内注射);注射体积(10 µl);注射坐标(前囟后-1 mm外侧,+0.3 mm前,-3.0 mm腹侧)
阅读提示:Methods: ICV injections
NfL检测
使用NF-Light试剂盒和SIMOA HD-1分析仪;血浆稀释1:40,CSF稀释1:100;重复测量;检测下限(0.174 pg/ml)
阅读提示:Methods: CSF and plasma NfL analysis
干预时机
HTT ASO治疗起始年龄(2月龄、8月龄、12月龄);治疗持续时间(3个月或6个月)
阅读提示:Methods: Study design
统计设计
自然对数转换NfL数据;混合效应模型;治疗组间比较;多重比较校正(Tukey或Šidák检验)
阅读提示:Methods: Statistical analysis