背景：
神经退行性疾病如前额颞叶痴呆(FTD)和肌萎缩侧索硬化症(ALS)是两种致命的神经系统疾病，共享许多临床症状、病理特征和遗传风险因素。新证据表明，RNA结合蛋白如融合蛋白(FUS)和TAR DNA结合蛋白43(TDP-43)形成的异常蛋白聚集体是FTD和ALS的病理标志。在生理条件下，FUS主要位于细胞核中，而疾病相关突变会导致其错位并在细胞质中聚集。某些FUS突变与最严重的、早发性ALS和FTD相关。虽然针对FUS的药物开发已有广泛努力，但目前只有反义寡核苷酸(ASO)介导的基因沉默在少数罕见病例中显示出一些希望。
寡核苷酸(Oligo)药物虽在近年来取得多项成功，但其递送策略，尤其是穿越血脑屏障(BBB)的递送仍面临挑战。这些负电荷分子在脑脊液中迅速清除，现有的BBB穿越策略如金属或糖包裹的纳米颗粒、转铁蛋白受体(TfR)结合肽或抗体、以及功能性涂层的脂质体等，均未获临床验证，且存在低传递效率或副作用等问题。
Oligo-PROTAC降解FUS的作用机制
近日，西浦慧湖药学院吴思晋课题组与多家单位合作，包括山东师范大学周军课题组、天津医科大学总医院谢松波课题组以及基因泰克公司于海洋博士等，并受到江苏省细胞治疗纳米制剂重点建设实验室的支持，在国际顶级期刊《Nature Communications》(Q1, IF=17.69)上发表了题为"DNA nanoflower Oligo-PROTAC for targeted degradation of FUS to treat neurodegenerative diseases"的研究成果。西浦慧湖药学院硕士研究生倪桂林参与该工作。该研究利用创新的寡核苷酸蛋白降解嵌合体(Oligo-PROTAC)技术，开发了能够穿越血脑屏障的DNA nanoflower，实现了对FUS蛋白的靶向降解，为治疗神经退行性疾病提供了全新策略。
在这项研究中，团队利用DNA nanoflower技术创建了一种名为FRONTACFUS的集成模式，其包含数百个寡核苷酸结合位点和转铁蛋白受体结合的适配体，实现了寡核苷酸降解剂的高效装载和转铁蛋白受体介导的脑部递送。研究证明，一种与FUS结合的RNA寡核苷酸交联到脑蛋白(Cereblon)的配体上，能够通过泛素-蛋白酶体途径有效降解FUS及其胞质疾病变异体。
通过计算机辅助药物设计(CADD)技术，研究团队详细探讨了分子相互作用机制。分子动力学模拟显示，设计的寡核苷酸降解剂（dFUS-E9C）能够同时结合FUS蛋白的RGG2和RRM结构域，形成分子内双价相互作用。研究人员发现RGG2结构域中的多个精氨酸残基与RNA结构主要通过氢键等极性相互作用，同时还鉴定出RGG2结构域富含的甘氨酸残基 (G389、G404、G408和G418)主链易于与寡核苷酸之间形成短暂但丰富的氢键网络，这些相互作用进一步稳定了复合物结构。分子模拟结果表明，dFUS-E9C能够有效促进FUS与Cereblon形成稳定的三元复合物，为蛋白质泛素化降解提供了结构基础。
研究表明，单剂量静脉注射的FRONTACFUS能够在2小时内到达脑实质，并在那里降解80%的FUS蛋白，效果持续两周，且未观察到明显毒性。重要的是，该降解剂优先降解胞质FUS聚集体，并在体外神经毒性模型中减少细胞毒性，显示出对FUS-ALS患者的治疗潜力。（如下图a-b显示的Cy5标记的FRONTACFUS体内成像和在脑部的分布情况以及图g-h显示的FRONTACFUS对小鼠脑部不同区域FUS蛋白的降解效果）
本研究提出了一种新型治疗神经退行性疾病的策略，通过DNA nanoflower和Oligo-PROTAC的结合，解决了脑递送问题并提高了FUS靶向寡核苷酸的稳定性，为治疗神经退行性疾病提供了模块化、直接的方法。该策略不仅克服了以往的技术障碍，还具有优异的选择性和持久的治疗效果。
这一创新的FRONTAC技术为靶向中枢神经系统中的致病蛋白提供了广泛而有前景的策略，有望为神经退行性疾病患者带来新的治疗希望。
供稿人：倪桂林 吴思晋