【ATSbio】明星靶向毒素——皂草素(Saporin)简史及其对神经科学的贡献

1.摘要

在研究靶向毒素（一种针对独特细胞外靶点的药物、疗法或科学工具）的起源时，保罗·埃利希（Paul Ehrlich）的诺贝尔奖获奖作品和他的“魔法子弹”概念是一个合适的起点，使用靶向毒素进行分子神经外科手术已经成为一项重要的实践，它允许研究人员在消除神经元群体后观察生物体的变化。这种做法的一个主要例子是专门针对基底前脑中的胆碱能神经元来模拟阿尔茨海默病（AD）。为此目的设计的研究工具是192 IgG Saporin，一种与核糖体失活蛋白（RIP）——Saporin结合的抗体。研究人员使用这种靶向毒素已有30多年。Verkhratsky 2019年发表的一篇文章回顾了AD模型，并指出这是唯一一种专门针对胆碱能神经元的损伤模型。

1983年，在寻找靶向毒素的最佳有效载荷的过程中，费伦佐·斯蒂普和同事发现了皂草素(Saporin)，一种从普通皂荚植物皂荚中分离出来的植物蛋白。与蓖麻毒素和abrin不同，皂草素(Saporin)没有结合链，不能单独进入细胞。

目前科学家们已经设计出新的方法来使用皂草素(Saporin)来推进他们的研究和药物开发活动，主要的有以下几种：

1. 一种新的自杀基因治疗方法，使用编码双链DNA适体的载体来递送编码Saporin的基因；
2. 将皂草素(Saporin)封装在纳米技术系统中用于开发癌症治疗；
3. 更深入地了解疼痛和瘙痒之间的差异以及相关途径；
4. 开发稳定的癫痫动物模型，用于筛选特定的治疗方法，从而产生消除疾病的微观方法。

靶向毒素（通常由化学连接或基因融合的抗体/靶向肽）为神经科学提供了强大的工具，它可以消灭神经系统中特定神经元群体的，然后被用于研究行为和功能。皂草素(Saporin)是一种理想的分子，因为它极耐高温和变性，结合后保持催化活性，并且缺乏结合链，无法自行进入细胞细胞质。因此，它有高活力、高效力、安全性和易于在实验室中使用等优势，它是研究最多的RIPs之一。我们在这里将介绍皂草素(Saporin)的历史、当前应用以及该蛋白在神经科学领域的前景。

图1. 皂草素(Saporin)作用机理

2.皂草素(Saporin)的发现/功能

皂草素是一种从普通皂荚植物皂荚中分离出来的植物毒素，由Fiorenzo Stirpe领导的博洛尼亚大学的研究人员首次对其进行了表征，它属于单链核糖体失活蛋白（RIPs）家族。皂草素的作用机制是通过切断28S rRNA中特定腺嘌呤的N-糖苷键来抑制蛋白质合成，从而导致细胞死亡。如果没有细胞结合链，如果没有靶向剂将其护送到细胞中，皂草素就没法内化。长期以来，RIP被认为是治疗人类肿瘤的潜在完美组件，是制造Ehrlich“魔法子弹”的工具，并被广泛研究用作癌症治疗工具。

Stirpe后来与Phil Thorpe领导的一个小组合作，在淋巴瘤模型中发表了皂草素(Saporin)免疫毒素的活性。在该项目中，作者们发表了一篇非常有说服力的评论，称“OX7 抗体偶联的Saporin作为体内抗肿瘤剂的有效性是与OX7抗体偶联的蓖麻毒素a链的一百到一千倍”多年来，Saporin靶向毒素已多次用于治疗人类疾病，但尚未被批准作为抗癌药物成分。如最近所见，生产一种批准的Saporin作为癌症药物的努力仍在继续。Saporin毒素在神经系统中的首次应用是在1991年6月Art Frankel的第二届免疫毒素国际研讨会上提出的。使用成纤维细胞生长因子Saporin（FGF-SAP）抑制抗成形术后再狭窄是一个令人兴奋的用途，但会议组织者Ronald G. Wiley更感兴趣的是向左侧胼胝体注射FGF-SAP以及对另一侧胼胝体的影响。会议结束后，Wiley建议使用与低亲和力神经元受体抗体偶联的Saporin，该受体选择性地表达在大鼠基底前脑胆碱能神经元的神经元上，这导致了这些大鼠神经元的清除，随后发表的论文受到了神经科学界的热烈欢迎，他们长期以来一直希望找到一种针对这些细胞的特定毒素，作为阿尔茨海默氏病的模型。

3.免疫毒素192 IgG SAP（货号：IT01）

192-IgG-SAP是小鼠单克隆抗体192-IgG的化学缀合物，其识别低亲和力神经营养素受体和核糖体失活蛋白Saporin。这种抗神经元免疫毒素永久性地消除了基底前脑（CBF）、内侧隔和布罗卡对角带的胆碱能神经元，这些神经元为海马提供关键输入。192 IgG SAP还靶向小脑的Meynert和Purkinje神经元的基底核神经元，但不靶向杏仁核。

192-IgG-SAP于1991年首次用于神经元耗竭；四年后，通过脑室注射建立了第一个阿尔茨海默病（AD）大鼠模型。目前，192 IgG SAP被用于创建动物模型，用于研究行为、神经元损失、其他系统对损失的反应、替代治疗以及药物效应和依赖性。

科学家在AD和痴呆等神经退行性疾病中观察到CBF神经元丢失的现象，这些损失与海马体（一个参与学习和记忆的区域）的神经发生减少有关。选择性损伤CBF神经元显著损害大鼠海马依赖性记忆功能。这与AD患者中从中间隔膜区域到海马的胆碱能投射的减少有关，这解释了记忆丢失。这造就了具有人类AD的大鼠模型。

图2： 脑室内注射192-IgG-SAP几乎完全消除大鼠基底前脑低亲和神经生长因子受体(p75NTR)阳性细胞。这种免疫毒素为研究人员提供了一种比化学、手术或电解损伤更具体、更有效的强大损伤工具。 (A) 对照组：大鼠胆碱能前脑p75ntr阳性神经元。 (B) 治疗组：1次icv注射192-IgG-SAP可消除95%的目标神经元。

表1. 在神经科学领域产生影响的Saporin缀合物列表。表中列出的每一种缀合物在各自的研究领域都有重大发现。这些缀合物要么创造特定的动物模型，要么具有各种用途和研究领域。这个列表不是一个详尽的列表，但让我们看到了Saporin缀合物的种类和范围，这些缀合物帮助研究或成为研究中的基本工具。

图3. 通过Saporin缀合物创建的各种动物模型的图表。这张图表显示了一些结合物和它们在不同物种体内使用时所模拟的疾病。这并不是所有使用Saporin缀合物创建的动物模型，但提供了可以使用Saporin缀合物模拟的各种不同神经系统疾病的概念。

4.Saporin二级偶联物和ZAP抗体内化试剂盒

用Saporin制成的免疫毒素提供了强大的工具，特别是在神经科学领域，随着这些领域的研究不断扩大，寻找一种规模化的筛选免疫毒素及评价特定免疫毒素的方法变得更加迫切了，于是基于Saporin开发的Saporin二级偶联物和ZAP抗体内化试剂盒便应运而生了，关于Saporin二级偶联物和ZAP抗体内化试剂盒更详细的介绍可点击下方链接了解：

https://www.amyjet.com/featured/ADC.shtml

3类不同Saporin二级偶联物的作用效果对比：

图4

图5. 在图5a中，Mab-ZAP+一抗复合物产生的效果与Saporin与同一抗体的直接偶联物相似，更有趣的是，Fab-ZAP和FabFc-ZAP+二抗产生的细胞毒性效应是直接缀合物的12倍。图5b还描述了Saporin二级偶联物的一个有趣现象。当使用保持恒定浓度（4.5nM）的Fab-ZAP（蓝色）和FabFc-ZAP（紫色）与滴定的小鼠单克隆192IgG反应时，可以看到化学计量效应。直觉上认为，使用更高剂量的一抗会导致更多数量的细胞死亡，但如图5b所示，在最高浓度的192 IgG（10nM=Log-8）下，与低25倍浓度的抗体相比，可以看到细胞杀伤量减少。对此的解释是：在一抗浓度较高时，游离的192-IgG较多，192-IgG+Fab-ZAP复合物较少。游离的192 IgG与缀合物竞争细胞表面结合位点，这反过来减少了被内化的Saporin的量，从而减少了细胞死亡。

5.Saporin部分高分引文赏析

Saporin引文增长趋势图

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