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来自患者的运动神经元指向ALS的新可能药物靶点

肌萎缩侧索硬化 (ALS) 是一种严重的、致命的神经退行性疾病,会导致运动神经元和随意肌肉活动的丧失。虽然小鼠研究已经确定了潜在的治疗方法,但这些药物在人体试验中的表现通常很差。波士顿儿童医院的研究人员与辉瑞合作,现在报告了一个使用 ALS 患者制造的运动神经元的高通量目标和药物发现平台。使用该平台,他们确认了两个已知目标,并确定了一类现有的药物——多巴胺 D2 受体激动剂——作为潜在的新疗法。

研究人员由波士顿儿童医院 FM Kirby 神经生物学中心主任 Clifford Woolf 医学博士和第一作者黄轩博士和 Kasper Roet 博士领导,他们在 Woolf 的实验室中, 6 月 8 日在Cell Reports杂志上描述该平台及其发现。

为了创建用于药物筛选的运动 神经元,该团队使用了诱导多能干细胞,该细胞由哈佛大学 Kevin Eggan 实验室从携带 SOD1(A4V) 突变的 ALS 患者的组织样本中制成。伍尔夫实验室还开发了一种高通量的活细胞成像技术,用于测量运动神经元的过度兴奋性——即在接触候选药物之前和之后过度“激发”的倾向。伍尔夫及其同事此前表明,具有 ALS 突变的人类运动神经元比正常运动神经元更容易兴奋。

“这种过度兴奋使运动神经元更容易退化并最终死亡,”伍尔夫说。“我们的成像平台能够快速评估运动神经元 384 孔板的过度活跃,并测试细胞对数千种不同药物的反应。”

这项名为 GCaMP 成像的技术之前并未大规模用于 ALS。GCaMP 是神经元钙水平的荧光报告器,是神经元激发动作电位频率的指标。

研究人员总共筛选了来自辉瑞的 2,900 种药物的库,这些药物具有已知的注释作用。经过三轮筛选,他们发现了 67 种化合物,可以降低源自患者的运动神经元的过度兴奋,而不会引起毒性。

在左图中,点显示了不同化合物在 6 小时和 24 小时时对运动神经元兴奋性的平均影响。红点表示增加兴奋性的化合物;蓝点,降低兴奋性的化合物;绿点,化合物没有效果。橙色的几个点(左上角)表示 6 小时和 24 小时的结果不一致。右侧的饼图量化了第一遍屏幕的结果。信用:黄 X;等;细胞报告2021 年 6 月 8 日。

“通过进行旨在逆转 ALS 运动神经元疾病表型(即过度兴奋)的筛选,我们能够发现新的目标和疾病机制,并以公正的方式确认其他目标和机制,”伍尔夫说。

进一步的研究集中在 13 个具有最大作用的潜在药物靶点上,其中 7 个属于已知与 ALS 过度兴奋相关的两类(AMPA 受体和 Kv7 钾通道)。在最近的一项临床试验中发现 Kv7 通道开放药物可降低 ALS 中的运动神经元过度兴奋。QurAlis 是 Woolf、Eggan 和 Roet 共同创立的公司,正在开发这些药物作为 ALS 的治疗方法。

目前的研究还发现了一类很有前途的候选药物,即多巴胺 D2 受体 (DRD2) 的激动剂。这些受体在运动神经元过度兴奋中的作用以前没有被认识到。一些 DRD2 激动剂(溴隐亭、舒马尼罗)可在市场上买到,这为在 ALS 患者中使用它们开辟了可能性。

“我们的结果表明,神经元兴奋性筛选是发现相关、可药物靶点的强大平台,”伍尔夫说。“我们相信它可以应用于其他涉及神经元兴奋性的神经系统疾病,如癫痫和其他神经退行性疾病,如阿尔茨海默病。”

Woolf 正在继续使用人类神经元筛选平台来确定治疗疼痛和神经病变的新目标。

“药物发现中最困难的挑战之一是确定在疾病过程中起关键作用的目标,”他说。“使用源自患者的神经元来模拟疾病并测试大量已知目标的化合物可以成为开发新疗法的驱动力。”

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