Midkine vs. Amyloid: Protein Perkembangan Otak Secara Mengejutkan Menghalang Perhimpunan Aβ dan Pembentukan Plak

Dalam katalog proteomik gergasi otak Alzheimer, seorang pemain yang kurang dihargai terus muncul: midkine (MDK). Protein ini meningkat dengan ketara pada awal penyakit dan berkorelasi rapat dengan amyloid-β (Aβ), tetapi peranannya dalam patologi telah lama kekal sebagai misteri. Pasukan St. Jude dan rakan kongsi pergi "molekul kepada model haiwan" dan menunjukkan bahawa MDK melemahkan pemasangan fibril Aβ dan menjejaskan pembentukan plak amiloid. Pada dasarnya, ia adalah "antiplatelet" semula jadi Aβ, yang otak itu sendiri meningkat dalam penyakit ini.

Latar belakang kajian

Penyakit Alzheimer kini dirawat dalam "paradigma anti-amyloid": antibodi kepada amyloid-β (Aβ) melakukan plak yang jelas dan penurunan kognitif yang perlahan pada peringkat awal. Pada 2023, FDA meluluskan lecademab, pada 2024 - donanemab; secara selari, terdapat perdebatan tentang keseimbangan manfaat dan risiko (ARIA-edema/pendarahan), ketersediaan dan kos, seperti yang dapat dilihat daripada keputusan EMA/NICE dan perbincangan dalam akhbar klinikal. Gambaran terapeutik bertambah baik, tetapi kekal "sempit": sasaran dan pendekatan tambahan diperlukan yang bukan sahaja mengeluarkan plak yang sudah terbentuk, tetapi juga menghalang agregat Aβ sendiri daripada timbul dan berkembang.

Salah satu cara yang menjanjikan adalah bergantung pada mekanisme antiplatelet endogen otak. Orang telah digambarkan mempunyai protein mereka sendiri, "chaperones", yang secara in vitro dan dalam model boleh mengganggu peringkat awal pemasangan Aβ: clusterin, apolipoprotein E, transthyretin, domain BRICHOS, dan lain-lain. Gambar itu samar-samar: beberapa protein dalam kepekatan fisiologi melambatkan permulaan fibrillogenesis, manakala yang lain dalam konteks yang berlawanan atau boleh menangkap sel-sel "fibrillation" - oleh itu minat terhadap penyederhana endogen yang peranannya dalam Aβ adalah stabil dan boleh dihasilkan semula.

Berdasarkan latar belakang ini, perhatian diberikan kepada midkine (MDK), faktor pertumbuhan yang mengikat heparin yang terkenal dengan peranannya dalam pembangunan sistem saraf, penjanaan semula dan keradangan. Dalam bahagian proteomik otak dalam Alzheimer, MDK secara konsisten dinaikkan sudah pada peringkat awal dan berkorelasi dengan Aβ, tetapi untuk masa yang lama ia masih tidak jelas sama ada ia hanya "penanda masalah" atau peserta aktif dalam proses itu. Biologi midkine mencadangkan kedua-dua kemungkinan: ia adalah protein yang disebabkan oleh tekanan yang berubah dengan pelbagai jenis kerosakan baik dalam sistem saraf pusat dan di pinggir, berinteraksi dengan beberapa sistem reseptor.

Makalah baharu dalam Nature Structural & Molecular Biology menutup "jurang pengetahuan" ini dengan beralih daripada pemerhatian kepada mekanistik: ia menunjukkan bahawa MDK secara fizikal mengikat Aβ dan menghalang fibrillogenesis dalam kaedah panel berbilang sudut (ThT, CD, EM, NMR), dan dalam model 5xFAD, menyingkirkan Mdk pengaktifan amiloid. Dalam erti kata lain, otak itu sendiri seolah-olah menaikkan "antiplatelet semula jadi," dan kehilangannya memburukkan lagi patologi - tesis yang menjadikan MDK sebagai paksi yang menarik untuk kedua-dua penanda bio risiko/kemajuan dan mimetik terapeutik yang mampu menyokong pertahanan endogen bersama antibodi.

Cara mereka menguji: daripada tabung uji dan spektrum kepada tikus transgenik

Pertama, para penyelidik melihat ke dalam kimia: bagaimana MDK rekombinan mempengaruhi fibrilogenesis Aβ40 dan Aβ42. Untuk melakukan ini, mereka menjalankan ujian pendarfluor dengan thioflavin T, dichroism bulat, mikroskop elektron kontras negatif, dan NMR secara selari. Semua kaedah dipersetujui: MDK menghalang pembentukan fibril dan mengikat pada benang Aβ yang diasingkan daripada otak AD manusia. Kemudian muncul fisiologi: dalam model amiloidosis 5xFAD, kalah mati genetik Mdk membawa kepada pengumpulan Aβ yang lebih besar, peningkatan pengaktifan mikroglial, dan pertumbuhan plak; sebaliknya, kehadiran midkine "menyimpan" patologi lebih rendah. Akhirnya, analisis proteomik spektrometri jisim (proteom lengkap dan tidak larut detergen) mengesahkan bahawa jika tiada Mdk, Aβ dan rangkaian protein yang berkaitan, serta komponen mikroglial, tumbuh di otak tetikus. Bersama-sama, ini menambah kepada gambaran peranan perlindungan untuk MDK terhadap patologi amiloid.

Apa sebenarnya yang mereka lakukan dan ukur?

• In vitro: Aβ40/Aβ42 + MDK → Pendarfluor ThT, CD, CEM negatif dan "menyelamat" isyarat monomer Aβ, yang biasanya "disenyapkan" oleh pengagregatan.
• Demonstrasi ex vivo / in situ persatuan MDK dengan filamen Aβ dari otak pesakit AD.
• In vivo: Mdk kalah mati dengan kehadiran 5xFAD → lebih banyak plak dan pengaktifan mikroglial; selanjutnya - proteomik seluruh tisu dan pecahan "tidak larut", di mana agregat terkumpul.
• Data terbuka: Anjakan NMR telah dimuat naik ke BMRB 17795, fail proteomik mentah telah dimuat naik ke PRIDE (PXD046539, PXD061103, PXD045746, PXD061104).

Penemuan utama

Keputusan utama ialah midkine menghalang Aβ daripada berkumpul menjadi fibril yang stabil, dan ketiadaannya dalam otak hidup memburukkan lagi patologi amiloid. Midkine berkolokalisasi dengan Aβ dalam sampel manusia dan berinteraksi secara fizikal dengan filamen, yang konsisten dengan idea "brek semula jadi" pada pengagregatan. Pada tikus tanpa Mdk, bukan sahaja Aβ sendiri tumbuh, tetapi juga protein "mengiringi" rangkaiannya dan tanda-tanda aktiviti mikroglial - penunjuk pasti peningkatan komponen keradangan patologi.

Mengapa ini penting dalam konteks "era anti-amyloid"

Kami telah memasuki era antibodi anti-Aβ, tetapi mereka jauh daripada "peluru perak": keberkesanan sederhana, risiko ARIA, dan kriteria pemilihan yang ketat mengehadkan penggunaannya. Kemunculan moderator fibrilogenesis endogen membuka jalan alternatif: menyokong mekanisme antiplatelet otak sendiri. Terdapat banyak pilihan, daripada mimetik domain MDK dan menstabilkan sebatian kepada strategi biologi untuk meningkatkan aktivitinya dalam petak yang betul. Tetapi sebelum bercakap tentang terapi, ujian keselamatan yang ketat dan kesan jangka panjang pada haiwan besar dan manusia diperlukan.

Bagaimana ini boleh berguna pada peringkat penyelidikan

• Paksi biomarker: Tahap/penyetempatan MDK sebagai penanda stratifikasi risiko peningkatan pesat dalam beban amiloid (bersama PET-Aβ dan parameter cecair serebrospinal).
• Pendekatan gabungan: latar belakang antiplatelet "lembut" melalui laluan MDK + penghapusan sasaran Aβ (antibodi) sedia ada secara teorinya boleh memberikan tambahan.
• Petunjuk struktur: Data NMR/CEM akan mencadangkan tapak interaksi MDK-Aβ untuk reka bentuk molekul/peptida kecil.

Bagaimana kaedah "melihat"nya: sedikit teknik

Triangulasi spektroskopi adalah penting kerana setiap kaedah menangkap aspek pengagregatan yang berbeza: ThT sensitif kepada helaian β fibril; dichroism bulat menjejaki peralihan konformasi; CEM menunjukkan morfologi filamen; NMR menangkap "kehilangan" isyarat monomer apabila kompleks menjadi lebih besar. Di sini, MDK mengurangkan isyarat ThT, mengalihkan spektrum CD, menukar corak filamen CEM, dan mengembalikan isyarat Aβ NMR, selaras dengan memperlahankan dan/atau mengalihkan laluan pengagregatan. Dalam otak 5xFAD tanpa Mdk, gambar dicerminkan: lebih banyak protein Aβ dan satelit, serta mikroglia "di tepi".

Had penting - jangan kelirukan "kesan" dengan "ubat"

Ini adalah kerja asas: tabung uji + tikus. Ia menunjukkan peranan untuk MDK dalam biologi amiloid, tetapi tidak membuktikan bahawa peningkatan midkine adalah selamat dan bermanfaat untuk terapi jangka panjang pada manusia. MDK mempunyai biologi yang luas (perkembangan, penjanaan semula, keradangan), jadi campur tangan sistemik mungkin mempunyai akibat yang tidak jelas; "ruang-sasaran-dos" sebenar di dalam otak kekal sebagai persoalan terbuka. Akhir sekali, 5xFAD ialah model patologi amiloid yang kuat tetapi khusus; pengesahan dalam model lain dan pada manusia diperlukan untuk perkaitan klinikal.

Apakah perkara logik yang perlu dilakukan seterusnya?

• Untuk memetakan domain interaksi MDK-Aβ dan menguji peptida mimetik/anti-agregasi dalam vivo.
• Untuk menguji tindak balas dos dan keselamatan ketinggian jangka panjang MDK dalam otak haiwan besar.
• Untuk membandingkan tahap MDK CSF/plasma dengan dinamik PET-Aβ dan trajektori kognitif pada manusia (kohort membujur).

Secara ringkas - tiga fakta

• Midkine (MDK) ialah protein endogen yang melemahkan fibrilogenesis Aβ40/Aβ42 dan dikaitkan dengan filamen amiloid dari otak AD.
• Kalah mati Mdk dalam model 5xFAD membawa kepada lebih banyak plak, pengumpulan protein berkaitan Aβ dan pengaktifan mikroglial.
• Ini adalah paksi pertahanan calon yang boleh dibangunkan sebagai biomarker dan arah terapeutik, tetapi masih terdapat beberapa peringkat ujian sebelum sampai ke klinik.

Sumber: Zaman M. et al. Midkine melemahkanpemasangan fibril amyloid-β dan pembentukan plak. Nature Structural & Molecular Biology, 21 Ogos 2025. DOI: https://doi.org/10.1038/s41594-025-01657-8