把神经丝轻链表达接入患者细胞筛选

BrainXell 与美国国立卫生研究院下属国家转化科学促进中心(National Center for Advancing Translational Sciences,NCATS)团队在 SLAS Discovery 报道一项肌萎缩侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)药物筛选研究。团队使用携带 SOD1 D91A 变异的患者来源诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs),分化为脊髓运动神经元,寻找能提高神经丝轻链表达的分子。

神经丝轻链是神经元细胞骨架的组成部分。研究所用患者细胞此前表现为 NEFL 转录与相应蛋白减少、神经丝聚集和神经突起退化;团队希望通过调节细胞内表达,改善神经丝亚基之间的比例。

团队在 1 个 NEFL 等位基因末端接入 NanoLuc 发光报告,使信号随内源基因的转录及转录后调控变化。冻存神经元复苏后,超过 90% 的细胞表达 MAP2,其中超过 70% 的 MAP2 阳性细胞表达运动神经元标志 FOXP1。

1536 孔初筛采用多个浓度,复筛同时检查存活

初筛使用 1536 孔板,每孔 1400 个神经元,接种 24 小时后给药,48 小时后测量发光。所用药库包含已批准药物、进入临床研究的分子和具有已知生物活性的工具化合物,合计 6016 个药库条目。

不同药库采用 5 个或 11 个浓度点。团队按剂量反应方向、曲线拟合程度和高于溶剂对照的信号筛出 71 个候选,再排除部分主要通过蛋白降解途径影响信号的分子,重新采购样品进行确认。

96 孔复筛中有 9 个分子提高发光信号超过 20%。研究随后比较 3 天和 6 天处理,并在平行培养板检查细胞存活。部分高浓度处理已经造成细胞死亡,发光仍持续存在,作者将其与死亡细胞释放的稳定报告酶联系起来。

RepSox 的发光变化得到内源蛋白检测支持

在进一步比较的 9 个分子中,RepSox 持续提高报告信号,3 天及 6 天检测的 EC50 约为 4 μM,相应条件下未观察到存活率下降。

团队用没有报告基因的患者 SOD1 D91A 神经元和 WC-30 对照神经元进行酶联免疫吸附测定(ELISA),确认 2 类细胞的内源神经丝轻链蛋白均增加。另 2 种分别报告 SMN2 和组成性启动子活动的 NanoLuc 细胞,没有出现相同的发光增强。

这些确认实验把原有报告信号与实际蛋白变化联系起来。研究考察的是培养神经元中的蛋白表达;神经丝轻链在脑脊液或血液中的升高则常与神经元损伤和释放相关,检测位置决定了指标的含义。

RepSox 的蛋白检测、电活动与其他 TGF-β 受体抑制剂比较

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RepSox 对内源神经丝轻链蛋白、患者运动神经元电活动及报告信号的影响。(Sahin et al. / SLAS Discovery, 2026, Fig. 6;CC BY 4.0)

电生理比较显示候选分子延缓神经元活动下降

团队在多电极阵列上培养患者运动神经元,先让细胞成熟,再切换至较简化的培养液形成应激条件。神经元平均放电率随后逐渐下降,在第 26 天加入 RepSox 或溶剂对照后,继续记录 7 天。

20 μM RepSox 组较好地保持了放电活动,溶剂对照组继续下降。该实验包括 2 个生物学重复,每个各有 4 个技术重复。

RepSox 同时具有转化生长因子 β(TGF-β)受体抑制作用。团队测试另外 5 种相关受体抑制剂,没有观察到同样的神经丝轻链表达增强,因此继续寻找能保留目标表型、减少这一已知通路作用的候选分子。

后续候选在另一种 ALS 细胞背景中得到确认

团队进一步比较相关候选,找到 MolPort-042–633–763。该分子在神经丝轻链报告检测中作用浓度较低,并且没有在所用 SMAD3 磷酸化实验中表现出明显的经典 TGF-β 信号抑制。

0.5 μM 该候选分子在多电极阵列实验中也延缓患者神经元活动下降。ELISA 进一步确认,神经丝轻链蛋白增加出现在 SOD1 D91A 和另一个 C9orf72 患者细胞背景中。

这些结果支持继续研究其神经元作用,但具体分子靶点和下游机制尚未确定。作者提出开展蛋白组、转录组与相关通路分析,以解释表达变化,并继续评价候选自身的毒性。

体外药效之后,脑暴露仍是推进条件

研究同时比较微粒体代谢稳定性、血浆蛋白结合以及细胞屏障通透性,再让 RepSox 和后续候选进入普通 CD-1 小鼠的药代实验。2 种分子均可进入脑组织,后续候选的血浆保留时间较长。

两者从脑和血浆中清除仍较快。该动物实验检测给药后的浓度与脑血浆比例,研究未在 ALS 动物模型中开展疗效或存活验证。

这项工作的主要成果,是建立了患者来源细胞的多浓度表型筛选,并用内源蛋白、电生理及不同细胞背景逐步确认候选。初筛信号、细胞功能和可达到的脑暴露分别提供推进证据,作者计划继续优化暴露与安全范围。

来源与延伸阅读

  1. High-throughput screening of ALS patient iPSC-derived spinal motor neurons identifies novel compounds that increase neurofilament light chain expression. SLAS Discovery (2026). ↗