前沿 | Science:戒烟药还能控制大脑神经元?这一黑科技有望治疗多种神经疾病

▎药明康德/报道

化学遗传学(chemogenetics)是近20年来兴起的一个新兴科学研究领域。与光遗传学(optogenetics)使用光来控制动物体内细胞活性的策略相仿,化学遗传学的目标是通过特殊设计的化合物来精确控制动物体内细胞的活性,而应用最广的领域是控制大脑中神经元的活性。

然而,已有的化学遗传学系统虽然在实验室的研究中帮助科学家们产生了新的洞见,但是它们的效力和特异性都尚未达到在人体中使用的要求,让这一技术仍然停留在科学实验阶段,还未能转化进入临床开发。而最近的一项研究有望打破这一局面,美国霍华德休斯医学研究所(HHMI)Scott M. Sternson博士率领的研究团队发现,使用辉瑞(Pfizer)公司已经获批的戒烟药Chantix(varenicline),他们可以在小鼠和非人灵长类模型中成功控制神经元的活性。这项研究发表在《科学》杂志上。

通常化学遗传学的靶点是G蛋白偶联受体(GPCRs),然而,目前与GPCRs结合的小分子都因为不同的副作用不适合应用在临床试验中。为此,HHMI的研究人员采取了新的研究策略,他们设计了一个基于离子通道的技术平台,筛选能够与特定离子通道相结合的已经获得FDA批准的药物。从44种获批药物中,他们发现varenicline具有最好的活性和选择性。

▲Varenicline的分子结构式(图片来源:NIH)

Varenicline的特性让它成为在中枢神经系统(CNS)中发挥化学遗传学功能的理想激动剂,它已经获得FDA批准,在低剂量情况下具有良好的耐受性,可以很容易越过血脑屏障,并且不容易和血浆中的蛋白结合。研究人员进一步改良了varenicline结构,并且修改了与varenicline结合的两种离子通道的结构,让其中一种离子通道在与varenicline结合时能够刺激神经元的活动,而另一种离子通道与varenicline结合时能够抑制神经元的活性。

在小鼠和恒河猴模型中,研究人员成功地利用这一化学遗传学系统调节大脑中GABA神经元的活性,并且观察到动物的行为变化。GABA神经元是科学家们正在探索的靶标,它们可能用于治疗多种CNS疾病。

▲这项研究的通讯作者Scott M. Sternson博士(图片来源:HHMI官网)

研究人员表示,这一发现可能带来治疗特定神经疾病的精准疗法。例如,有些癫痫患者需要接受手术来切除大脑中的病灶来防止癫痫的发作。使用化学遗传学,医生可以使用准确靶向这一区域神经元的药物来抑制神经元的活性,从而以侵袭性更小的方法来治疗这些癫痫患者。

一家名为Redpin Therapeutis的初创公司已经获得了这一技术的开发授权,将开始进行临床前研究。我们期待这一技术未来能够进入临床试验,帮助患者解除他们的病痛。

参考资料:

[1] Using Pfizer’s smoking-cessation treatment Chantix to control neurons for drug research. Retrieved March 15, 2019, from https://www.fiercebiotech.com/research/using-pfizer-s-chantix-to-control-neurons-for-drug-research

[2] Magnus et al., 2019. Ultrapotent chemogenetics for research and potential clinical applications. Science. DOI: 10.1126/science.aav5282

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