《Beilstein Journal of Nanotechnology》：Nanomaterials in targeting amyloid-β oligomers: current advances and future directions for Alzheimer's disease diagnosis and therapy
編輯推薦：
這篇綜述聚焦阿爾茨海默�。ˋD），探討納米材料（NMs）靶向淀粉樣蛋白 -β 寡聚體（AβOs）的研究進展。文中闡述 AβOs 致病機制、傳統治療方法局限，重點介紹 NMs 在診斷和治療方面的應用，為 AD 治療提供新方向。
引言
阿爾茨海默�。ˋD）病因傳統上與淀粉樣蛋白 -β 42（Aβ42）相關，但越來越多證據表明，小分子量的淀粉樣寡聚體，而非明顯的淀粉樣纖維，在疾病發展中起關鍵作用，“寡聚體假說” 逐漸受到關注。AβOs 的產生與遺傳因素有關，如淀粉樣前體蛋白（APP）的大阪、北極突變會導致其過量產生，而冰島突變則有保護作用。APOE4 基因型在約 65% 的 AD 患者中存在，會增加 AβOs 聚集傾向。
AβOs 是小的球狀聚集體，具有亞穩和瞬態性質，β - 折疊結構含量高，其形成途徑包括 “on - pathway” 模型（核化聚合和核化構象轉換）和 “off - pathway” 模型。目前 AD 治療多為臨時緩解癥狀，難以針對根本病因，且血腦屏障（BBB）阻礙藥物遞送。納米材料（NMs）因獨特性質，在 AD 的 AβOs 早期檢測和治療方面具有潛力。
AβOs 誘導神經元細胞毒性的機制
AβOs 能穿透細胞膜，其 β - 折疊結構增加，可在脂質雙層形成孔道樣結構，破壞細胞膜完整性。進入細胞后，激活 N - 甲基 - D - 天冬氨酸型谷氨酸受體（NMDARs），引發內質網（ER）應激，導致鈣離子（Ca2+）內流，產生大量活性氧（ROS）和活性氮物種，造成氧化應激。Ca2+水平升高還會促進 ATP 蛋白磷酸化，增加 Aβ42 和 AβOs 生成，形成惡性循環。此外，Ca2+激活鈣調神經磷酸酶，促使 Bcl - 2 相關死亡啟動子（BAD）激活，引發細胞凋亡。AβOs 還會破壞內體和溶酶體膜，加劇神經元死亡。
同時，AβOs 與細胞朊蛋白（PrPC）受體有強親和力，結合后與 mGluR5 受體共同激活細胞內 Fyn 激酶，導致鈣離子穩態失調、tau 蛋白過度磷酸化和突觸功能破壞，推動神經退行性病變。
傳統應對 AβOs 存在及毒性的方法
AβOs 是由淀粉樣蛋白 -β（Aβ）肽錯誤折疊和聚集形成的小聚集體，主要包括 Aβ40 和 Aβ42，其小尺寸、結構異質性、動態特性及缺乏明確靶向特征，給治療帶來挑戰。目前主要治療策略集中于生物制劑，尤其是單克隆和多克隆抗體。
常用單克隆抗體如 6E10 和 4G8，通過免疫小鼠產生，可有效結合淀粉樣聚集體�！皹嬒笠蕾囆浴� 抗體 A11 和 OC 的出現是重要進展，能區分 AβOs 和 AβFs。多克隆抗體 M94 對致病性 AβOs 有高選擇性，單克隆抗體 mAb158 則特異性靶向可溶性 AβOs。此外，還有新型抗可溶性 AβO（E3）納米抗體等。傳統治療策略雖有前景，但在靶向 AβOs 多樣形式時，仍面臨療效和特異性有限的問題。
針對 AβOs 的臨床試驗中新興治療方法
免疫治療方法，特別是利用抗 Aβ 抗體，是治療 AD 的有前景策略。第一代抗 Aβ 抗體療法，如 aducanumab、lecanemab 和 donanemab，展現出重要治療潛力，其中 aducanumab 和 lecanemab 已獲 FDA 批準，donanemab 正在臨床評估中。
ALZ 201 是一種寡聚體特異性抗體，在臨床前研究中有效減輕 AD 腦提取物的毒性，保護神經元。Lecanemab 對特定形式的 AβOs（“beaded” 曲線狀原纖維）親和力更高，臨床觀察發現其能減少認知能力下降。這些新興治療方法有望改善 AD 患者認知結果和生活質量。
基于納米顆粒的 AβOs 診斷和分解 / 抑制方法
傳統診斷和靶向 AβOs 的方法存在局限性，如單克隆抗體可能產生脫靶效應。納米技術的進展提供了新選擇，納米顆粒（NPs）具有獨特性質，可用于設計 AD 診斷和抑制 AβOs 的策略。
例如，Viola 等人設計的硝基多巴胺（nDOPA）和聚乙二醇（PEG）穩定的磁性納米結構（MNSs），表面修飾寡聚體特異性抗體，能在體外檢測神經細胞表面的 AβOs，在小鼠體內也可快速靶向 AβOs，用于早期 AD 的非侵入性診斷成像。Wang 等人開發的 AβO 靶向釓基近紅外 / 磁共振雙模態治療診斷納米探針，可檢測轉基因 AD 小鼠中的 AβOs，并抑制 Aβ 纖維化，改善神經毒性。
還有基于石墨烯氧化物 / 金納米顆粒水凝膠電極的生物傳感器、基于金納米顆粒（AuNPs）的電化學檢測方法、利用表面等離子體共振（SPR）檢測 Aβ40 寡聚體的方法以及基于熒光的 AβOs 檢測系統等。此外，一些 NPs 還可用于抑制 AβOs 形成，如 W20/XD4 - SPIONs 可減輕 AβOs 誘導的細胞毒性，增強小膠質細胞吞噬作用；Cur - SNSDS 系統可提高姜黃素生物利用度，減輕 Aβ42 寡聚體誘導的毒性，預防小鼠認知能力下降。
碳基納米材料用于 AβO 的檢測和抑制
碳基納米材料（CNMs）因獨特的物理化學性質和結構形式，在對抗神經退行性疾�。∟Ds）中受到關注。其可分為零維富勒烯、一維碳納米管（CNTs）和二維石墨烯。
富勒烯能阻止 Aβ 肽聚集，如抑制疏水性 KLVFFAE 肽的纖維化，與 GNNQQNY 肽相互作用，使潛在有毒寡聚體形成無序卷曲結構。單壁碳納米管（SWCNTs）可抑制 Aβ 肽的 β - 折疊形成，促進無序聚集體形成，降低神經毒性，還可作為 AβOs 傳感器，通過與 Aβ 肽疏水殘基的 π - 堆積相互作用，阻止有毒寡聚體形成。帶正電的碳量子點可抑制胰島淀粉樣多肽（IAPP）和 Aβ42 之間的異源寡聚體形成。CNMs 在 AβOs 檢測和抑制方面具有多方面潛力，有望為 AD 治療提供新策略。
金屬納米材料用于 AβOs 的檢測和抑制
金屬納米顆粒（NPs）在檢測和抑制 Aβ1 - 42 寡聚體中起重要作用。金和銀 NPs 的獨特光學和電學性質，可用于無標記檢測方法，如 SPR、比色變化和熒光放大，實時監測寡聚體形成，有助于理解淀粉樣病變病理，開發 NDs 診斷策略。
例如，Zhou 等人開發的基于金屬 - 有機框架（MOFs）的電化學適體傳感器，可檢測 AβOs；Phan 等人利用蠟印技術制作的多室紙裝置，通過銅增強金納米探針比色免疫印跡法檢測 AβOs；Zhao 等人構建的基于 AuNPs 的三維檢測層；Gallo - Orive 等人開發的用于檢測復雜臨床樣本中 AβOs 的電化學適體檢測方法等。
金屬 NPs 還可作為潛在治療劑，抑制 AβO 形成。如環金屬化鈀配合物可特異性靶向可溶性 Aβ1 - 42 肽的寡聚化，減少細胞毒性；酪蛋白包被的 AuNPs 可防止寡聚體形成纖維結構；不同直徑和長度的金納米棒（AuNRs）可抑制 Aβ 寡聚化和纖維化；葡萄糖胺共軛的金納米顆粒（Gln@CA - AuNP）可抑制蛋白質寡聚體聚集，增強細胞外基質生成，提供神經保護。
基于細胞原始成分的仿生納米材料靶向 AβOs
傳統藥物治療 AD 面臨挑戰，促使研究人員探索基于細胞原始成分的多功能納米生物材料。仿生納米材料包括細胞、細胞外囊泡（EVs）和細胞膜等，具有納米顆粒尺寸優勢，利于長期循環、降低免疫反應、靶向病變部位和保留生物功能。
研究發現，AD 腦樣本來源的外泌體含有高水平 AβOs，可作為早期 AD 診斷的生物標志物。外泌體還具有治療潛力，如人臍帶間充質干細胞來源的外泌體（hMSC - EVs）可保護神經元免受 AβO 誘導的損傷；超聲刺激的人星形膠質細胞來源的外泌體（US - HA - Exo）可減輕 AβO 毒性；M2 小膠質細胞來源的外泌體（M2 - EXOs）可減少 Aβ 斑塊沉積和 AβOs 表達；神經元細胞分泌的外泌體可抑制 Aβ 寡聚化。此外，基于脂質體的平臺結合靶向 AβOs 的環狀肽（CP - 2），可破壞 Aβ 聚集，改善認知和行為結果，且能穿越血腦屏障。
抗體功能化納米材料用于 AβOs 的檢測和抑制
未修飾的 NMs 檢測和抑制 AβOs 的選擇性和功能性有限，抗體功能化可增強其效果�？贵w能精確靶向 AβOs 獨特表位，減少脫靶效應，提高治療效果。
新型免疫分析方法可檢測極低水平的 Aβ 衍生擴散配體（ADDLs）和 AβOs，如基于金納米顆粒的抗體 - 適體夾心分析方法、基于 SPR 的免疫傳感器等，有助于早期 AD 診斷�？贵w還可促進 NPs 被細胞攝取，如抗體包被的 PEG 化 NPs 可分解 Aβ42，減少神經毒性；83 - 14 單克隆抗體修飾的 NPs 可提高藥物穿越血腦屏障的能力。
然而，抗體與淀粉樣寡聚體相互作用可能激活補體系統，引發副作用。但缺乏效應片段的 ScFv 抗體 W20 可避免這些問題，與 W20 和 XD4 共軛的多功能 SPIONs 不僅有診斷價值，還能抑制淀粉樣聚集，改善 APP/PS1 小鼠的認知功能�？贵w功能化 NPs 為 AD 治療提供了有前景的策略，但仍需解決特異性和免疫原性問題。
影響基于 NP 的 AD 治療劑治療潛力的因素
NPs 的抗寡聚體功效取決于其大小、形狀和表面性質。較小的 NPs 可滲透和破壞早期寡聚體，不同形狀影響結合效率和選擇性，表面功能化可增強對富含 β - 折疊寡聚體的靶向性，防止進一步聚集。
例如，肽功能化的 AuNPs 可有效抑制淀粉樣纖維化，其效果優于單個肽；AuNPs 的大小和形狀顯著影響 Aβ 聚集，較小的 20 nm AuNPs 促進原纖維形成，較大的 50 和 80 nm AuNPs 促進形成更大的斑塊樣結構，且金納米立方體和球形 AuNPs 對 Aβ 聚集的影響不同；不同表面涂層的 AuNPs 對 Aβ1 - 40 單體聚集的抑制效果不同，PAA 涂層的納米顆粒抑制效果最佳。這些研究強調了設計 NP 策略時考慮這些因素的重要性。
NPs 的分布和清除
NPs 因小尺寸和高比表面積，可穿越生物屏障，其藥代動力學性質影響療效。靜脈注射后，NPs 在體內循環并分布到多個器官和組織，主要通過網狀內皮系統（RES）和腎肝系統清除。在大腦中，NPs 主要通過腦脊液分布，經血管周圍的類淋巴途徑清除。
NPs 的分布和清除與其大小和表面性質有關，較小的石墨烯氧化物（GO）片主要分布在腎臟、脾臟和肝臟，較大的則聚集在肺部；用于腦靶向的 NPs，100 - 300 nm 更適合穿越血腦屏障，小于 15 nm 的清除更快；PEG 涂層可延長 NPs 循環時間，減少 RES 清除。優化 NP 大小和表面性質對提高治療效果和清除機制至關重要。
NPs 的毒性問題及其對健康的影響
NPs 在體內長時間滯留和低清除率，可能導致在組織和器官中積累，引發局部和全身毒性，還可能激活免疫細胞，引發免疫反應，如炎癥和過敏反應。NPs 的大小和表面特征決定其與細胞的相互作用，可能導致氧化應激、炎癥和細胞正常過程紊亂，造成 DNA 損傷、蛋白質變性和脂質過氧化，引發慢性疾病。
例如，氧化鋅 NPs 可誘導小鼠氧化應激和 DNA 損傷，改變肝臟酶；SiO2 NPs 可增加人支氣管肺泡細胞的 ROS 水平，誘導炎癥和線粒體損傷；鐵氧化物 NPs 可影響大腦神經功能，部分 NPs 還可能破壞血腦屏障，促進有害物質進入大腦，導致神經退行性變。
為降低風險，可對 NPs 進行表面修飾，如用聚合物或脂質包被，增強穩定性，減少不良細胞相互作用；優化 NPs 大小和形狀，選擇合適的表面電荷；結合抗氧化和抗炎涂層；采用靶向藥物遞送系統，減少非預期暴露；使用可生物降解的 NPs，如 PLGA；功能化 NPs，使其靶向特定腦區；促進 NPs 通過大腦廢物清除系統清除，模仿天然生物結構等，以提高安全性和療效。
未來展望
當前 AD 治療聚焦于開發特異性靶向 AβOs 的臨床候選藥物，但面臨提高特異性和選擇性、區分 AβOs 與其他肽形式的挑戰。NPs 為 AβOs 的檢測和分解提供了有前景的解決方案，其獨特性質使其在 AD 治療中具有多種應用。
碳基納米材料和金屬基 NPs 在檢測和抑制 AβO 聚集中表現出潛力，仿生納米材料為治療 AβOs 帶來新方向。然而，仍需評估 NPs 的生物相容性和毒性，開發可擴展的生產工藝，以充分發揮 NPs 在 AD 治療中的潛力。
結論
“寡聚體假說” 解釋了 AD 中的神經毒性，AβOs 是主要毒性物種，其獨特結構和性質給傳統治療帶來挑戰。納米材料基于其獨特性質，在檢測和抑制 AβOs 方面具有優勢，但也存在局限性。通過優化 NPs 的大小、形狀和表面功能化，有望改善 AD 的診斷、治療和管理，為神經退行性疾病的治療提供新途徑。
