单次静脉注射AAV-PHP.eB-hsAPPα可完全恢复AD模型小鼠海马LTP并降低65%以上脑内淀粉样斑块负荷

Original | 2025 | Research Square预印本平台

【关键词】

阿尔茨海默病, 可溶性淀粉样前体蛋白-α, 腺相关病毒, 血脑屏障, 长时程增强, 淀粉样斑块

keyword: Alzheimer’s disease, soluble amyloid precursor protein-alpha, adeno-associated virus, blood-brain barrier, long-term potentiation, amyloid plaque

【期刊信息】

Research Square预印本平台；IF：未提供；分区：未提供

【论文信息】

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   标题（中文）：病毒介导的可溶性淀粉样前体蛋白-α经全身注射在阿尔茨海默病小鼠模型中的基因递送作用
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   标题（英文）：Virus-Mediated Gene Transfer of Soluble Amyloid Precursor Protein-alpha via Systemic Injection in a Mouse Model of Alzheimer’s Disease
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   研究类型：随机盲法体内干预性动物实验
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   第一作者及单位：Yuanyuan He，新西兰奥塔哥大学生理学系、脑健康研究中心
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   发表时间：2025-10-09

【主要结论概要】

本研究发现，对6月龄APPswe/PS1dE9阿尔茨海默病（AD）模型雌性小鼠，单次尾静脉注射1×10¹¹ vg 跨血脑屏障腺相关病毒变体AAV-PHP.eB介导的人源可溶性淀粉样前体蛋白-α（hsAPPα），干预3个月后可显著提升小鼠皮层hsAPPα表达水平，完全逆转海马CA1区特征性长时程增强（LTP）损伤，同时使海马、皮层淀粉样斑块负荷分别降低65.5%、80.7%，几乎完全阻断了干预周期内的斑块病理进展；研究证据来自动物在体干预、脑片电生理、脑组织免疫荧光染色、ELISA蛋白定量四个层级；该研究为AD提供了一种无创全身递送的基因治疗候选策略，突破了既往颅内注射的侵入性与全脑覆盖局限，具备重要的临床前转化价值。

【一句话结论】

单次全身静脉注射AAV-PHP.eB介导的hsAPPα基因递送，可有效改善AD模型小鼠的突触功能损伤与淀粉样斑块病理，为AD无创基因治疗提供了关键的临床前证据。

【正文展开】

一、研究设计与对象/模型

本研究为随机盲法体内干预性动物实验，实验动物为6月龄雌性C57BL/6野生型（WT）小鼠与APPswe/PS1dE9转基因（Tg）AD模型小鼠，按基因型与干预方案分为4组：WT+对照病毒（n=11）、WT+hsAPPα病毒（n=6）、Tg+对照病毒（n=10）、Tg+hsAPPα病毒（n=7），另设6月龄未处理Tg小鼠作为病理基线组（n=5）。干预方式为单次尾静脉注射，病毒剂量1×10¹¹ vg/只，干预后3个月（小鼠9-10月龄）取材完成终点检测。主要终点为海马CA1区LTP水平、脑内淀粉样斑块负荷；次要终点为皮层hsAPPα表达水平、海马可溶性/不溶性Aβ1-40/42水平、神经炎症标志物（GFAP、Iba-1）表达。统计方法采用混合效应双因素ANOVA、单因素ANOVA、Student t检验、Mann-Whitney U检验，检验水准α=0.05。

二、主要结果

1. 主终点1：海马突触功能完全修复。基础突触功能层面，4组小鼠海马CA1区基础突触传递（I/O曲线）、突触前短期可塑性（双脉冲易化PPF）无显著组间差异（p均>0.05，取自图2A、2B），提示基因型与hsAPPα干预均不影响正常基础突触生理功能。LTP修复层面，Tg+对照组小鼠海马CA1区LTP较WT+对照组显著受损（111.8±4.6% vs 130.8±5.1%，p=0.032）；Tg+hsAPPα组LTP完全恢复至野生型水平（136.6±3.2%），与Tg+对照组差异显著（p=0.008），与WT+对照组无统计学差异（p=0.640，取自图2E、2F）。WT小鼠中hsAPPα过表达不影响正常LTP水平（p=0.255，取自图2C、2D），证实该干预的中枢安全性。

2. 主终点2：淀粉样斑块进展几乎完全阻断。Tg+对照组小鼠6-9月龄海马、皮层淀粉样斑块负荷呈显著进展性升高（p均=0.0079）；与Tg+对照组相比，Tg+hsAPPα组海马斑块覆盖面积减少65.5%（p=0.0357），皮层斑块覆盖面积减少80.7%（p=0.0357，取自图3C、3D）；其中皮层斑块负荷与6月龄基线组无显著差异（p=0.5714），提示hsAPPα干预几乎完全阻断了3个月内的皮层斑块病理进展。

3. 关键次终点1：载体跨血脑屏障递送效率验证。静脉注射后，小鼠海马、皮层、丘脑等全脑区域可见广泛的tdTomato荧光表达（取自图1B），证实AAV-PHP.eB可高效穿透小鼠血脑屏障实现全脑转导；ELISA检测显示，hsAPPα治疗组WT、Tg小鼠皮层hsAPPα水平较对应对照组分别升高约47倍、14倍，组间差异均达统计学显著性（p<0.0001、p=0.02，取自图1C）。

4. 关键次终点2：Aβ水平与神经炎症变化。Aβ定量层面，Tg+对照组小鼠海马可溶性/不溶性Aβ1-40、Aβ1-42水平较WT组显著升高，但hsAPPα干预对上述指标无显著影响（p均>0.05，取自图4A-D）。神经炎症层面，Tg小鼠海马、皮层星形胶质细胞激活标志物GFAP表达较WT组显著升高，hsAPPα干预对其无显著调控作用（p均>0.05，取自图5C、5D）；小胶质细胞激活标志物Iba-1在Tg组显著升高，hsAPPα干预后可回落至野生型水平，但与Tg+对照组无统计学差异（p=0.25，取自图5E、5F）。

三、机制与证据链

动物在体层面，观察到全身递送hsAPPα可同时实现突触功能修复与斑块病理抑制，支持sAPPα在AD中兼具神经保护与抗淀粉样变的双重作用；脑片电生理层面，hsAPPα特异性修复AD模型受损的蛋白合成依赖型晚期LTP（L-LTP），提示其核心作用机制与促进突触蛋白合成、改善长时程记忆相关通路有关；组织病理层面，hsAPPα几乎阻断斑块成熟进展但不改变总Aβ水平，提示其核心作用是抑制Aβ聚集形成成熟斑块，而非减少Aβ生成或清除已生成的Aβ单体/寡聚体；分子机制层面，既往已证实hsAPPα可结合并抑制BACE1活性，可部分解释其对斑块形成的阻断效应。

四、研究启示与边界

应用启示：本研究首次实现单次无创静脉注射AAV介导的hsAPPα全脑递送，在AD模型中达成显著的突触修复与病理抑制效果，相比既往颅内注射方案，大幅降低了临床转化的操作门槛与侵入性风险，为AD早期疾病修饰治疗提供了全新的基因治疗策略；同时验证了AAV-PHP.eB在小鼠中高效跨血脑屏障的中枢递送能力，为其他中枢神经系统疾病的全身基因治疗提供了方法学参考。

方法学风险提示：①研究仅纳入雌性小鼠，结果外推至雄性小鼠存在性别偏倚；②未开展认知行为学实验，无法证实电生理修复向认知功能改善的转化；③AAV-PHP.eB的血脑屏障穿透能力具有严格的小鼠品系特异性，在非人灵长类中无等效效应，直接临床转化受限；④部分终点样本量较小（n=3-7），统计功效不足，部分结果（如小胶质细胞激活）未达统计学差异；⑤未评估长期转基因表达的全身免疫原性与长期安全性。

下一步关键验证方向：更换具备非人灵长类血脑屏障穿透能力的AAV变体开展大动物实验，补充认知行为学终点验证，评估长期干预的安全性与AD病理晚期阶段的治疗效果。

【参考文献】

[1] He Y, Mockett BG, Schoderboeck L, et al. Virus-Mediated Gene Transfer of Soluble Amyloid Precursor Protein-alpha via Systemic Injection in a Mouse Model of Alzheimer’s Disease. Research Square Preprint. 2025 Oct 9. doi: https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-7615037/v1

[2] Mockett BG, Richter M, Abraham WC, et al. Therapeutic Potential of Secreted Amyloid Precursor Protein APPsα. Front Mol Neurosci. 2017;10:30. doi: https://doi.org/10.3389/fnmol.2017.00030