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阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是常见的神经退行性疾病。Aβ斑块沉积和Tau蛋白缠结是其典型病理特征。患者常表现为记忆衰退、认知下降和行为异常[1][2]。
在AD药物研发中，血脑屏障（blood–brain barrier，BBB）是关键瓶颈。多数抗体类药物难以进入脑内，限制了药效发挥，也可能带来淀粉样蛋白相关影像异常（Amyloid-Related Imaging Abnormalities，ARIA）等安全性风险[3]。
百奥赛图构建的Tg(5XFAD)/B-hTFR1小鼠模型，兼具AD病理特征与人源TFR1入脑通道。该模型可支持TfR1介导的双特异性抗体在AD中的药效评估，为跨血脑屏障药物研发提供临床相关性更高的体内验证平台。
大脑是高代谢器官，需依赖特定转运系统从血液中摄取营养物质。转铁蛋白受体1（TfR1，又称CD71）是这一系统的重要枢纽。
TfR1是一种II型跨膜糖蛋白。其主要功能是与血液中的全铁转铁蛋白结合，并通过受体介导的内吞作用，将铁离子转运进入细胞。
更重要的是，TfR1在构成BBB的脑毛细血管内皮细胞管腔侧高度富集。其表达水平高于许多外周组织[4]。这一定位使TfR1成为脑靶向药物递送的天然分子入口。
研究显示，在AD患者及AD模型小鼠中，TfR1的表达水平和摄取功能未发生显著改变[5]。这一特点使TfR1通路区别于许多在AD中功能失调的BBB成分，也为基于TfR1的脑靶向递送策略提供了理论基础。
基于该机制，研究人员提出“特洛伊木马”策略。该策略利用靶向TfR1的抗体作为载体，搭载治疗性分子，模拟转铁蛋白入脑途径，从而实现跨BBB递送。该路径已成为脑靶向递送的重要研究方向之一[6]。
图1 转铁蛋白受体（TfR）介导的血脑屏障（BBB）跨胞转运示意图[6]
（A）双特异性抗体经外周给药后进入脑血管系统。（B）抗体与血脑屏障内皮细胞腔面的TfR特异性结合。（C）TfR介导的转胞吞作用将抗体转运至脑实质侧。（D）抗体在脑实质中与Aβ聚集体结合，发挥清除作用。
TfR1介导的脑递送策略已在临床研究中获得应用。罗氏（Roche）开发的Trontinemab，是基于Brainshuttle™平台设计的靶向TfR1/Aβ的2+1型双特异性抗体。
该分子通过TfR1介导的跨胞转运，提高Aβ抗体在脑内的暴露量和靶点结合能力。相关临床前和临床研究显示，其具备跨血脑屏障递送潜力和治疗研究价值[7]。
图2 Trontinemab通过TfR1介导的跨胞转运穿越血脑屏障示意图[7]
Tg(5XFAD)小鼠是国际上常用的AD经典模型。该模型可快速重现Aβ斑块沉积和记忆缺陷等核心病理特征[8]。
但该模型存在关键局限。小鼠TfR1与人源TfR1在氨基酸序列上存在差异。因此，靶向人TfR1的抗体通常无法有效识别鼠源TfR1，也难以介导高效跨BBB转运[9]。
这意味着，在常规Tg(5XFAD)小鼠中，TfR1介导的双抗类药物难以完成准确的药效评价。AD药物研发因此需要兼具AD病理和人源TfR1通路的动物模型。
为解决这一难题，百奥赛图依托基因编辑技术平台，构建了B-hTFR1人源化小鼠。该模型将小鼠Tfr1基因编码胞外域的全基因组序列替换为人源序列，同时保留内源性调控元件，实现人源化TFR1蛋白的生理性表达。
这一设计保留了受体介导的内吞功能，可为“特洛伊木马”策略提供更具临床相关性的体内验证环境。药代动力学研究显示，在B-hTFR1小鼠中，TfR1靶向抗体在脑实质中表现出良好暴露水平，体现了TFR1介导的跨胞转运特异性。
在此基础上，百奥赛图将TFR1人源化小鼠与经典Tg(5XFAD)小鼠配繁，获得TFR1人源化/Tg(5XFAD)双转基因小鼠模型，即Tg(5XFAD)/B-hTFR1小鼠模型。
该模型具备两项核心优势：
（1）AD病理特征：保留Tg(5XFAD)小鼠的Aβ斑块沉积和认知缺陷表型；
（2）人源脑靶向入脑通道：稳定表达人源TFR1，使靶向人TfR1的双抗类药物能够高效跨BBB入脑（图3）。
图3 B-hTFR1人源化小鼠构建策略、表达分析及Aβ在Tg(5XFAD)/B-hTFR1小鼠中的组织病理学分析
（A）B-hTFR1人源化小鼠的构建策略示意图。（B-E）B-hTFR1人源化小鼠中TFR1的mRNA与蛋白表达分析，分别检测（B）脾脏、（C）骨髓及（D）脑组织。（F）Aβ在Tg(5XFAD)/B-hTFR1小鼠不同月龄表达情况。
基于这一模型，我们使用Trontinemab analog（靶向TfR1/Aβ的Brainshuttle™双抗）进行了治疗性药效验证。在22周龄Tg(5XFAD)/B-hTFR1小鼠中，以每周一次的频率连续给药3个月后首先进行了行为学评估。水迷宫实验（Morris water maze test）结果显示，与模型对照组相比，Trontinemab analog治疗组小鼠在探索阶段（Probe Trial）目标象限停留时间及穿梭次数显著增加，表明其空间学习记忆能力得到有效改善。筑巢实验（Nest building test）结果显示，与野生型对照组相比，模型对照组小鼠的筑巢评分显著降低，巢穴复杂性明显下降，表明其日常生活活动能力和功能性行为存在显著缺陷。经Trontinemab analog治疗3个月后，治疗组小鼠的筑巢复杂性呈现改善趋势。以上行为学数据一致证明，Trontinemab analog在Tg(5XFAD)/B-hTFR1双转基因小鼠模型中，能够有效挽救AD模型小鼠的空间学习记忆缺陷和日常生活行为障碍（图4）。
图4 Trontinemab analog治疗给药方案及水迷宫及筑巢行为学评估
（A）实验方案示意图。（B）探索阶段（Probe Trial）代表性小鼠的运动轨迹图。（C）水迷宫训练阶段（第1-6天）寻找隐藏平台的逃避潜伏期。（D）探索阶段目标象限停留时间。（E）探索阶段平台穿越次数。（F）代表性小鼠筑巢表现图。（G）筑巢实验评分。数据以均数±标准误表示。*P < 0.05, **P < 0.01。
Trontinemab analog治疗后，Tg(5XFAD)/B-hTFR1小鼠的AD相关病理指标获得了显著改善。在组织病理层面，免疫组化分析显示，Trontinemab analog治疗能显著减轻大脑皮层与海马区的Aβ斑块负荷（图5）。与此同时，MSD（Meso Scale Discovery）检测显示皮层中可溶性Aβ42水平及Aβ42/Aβ40比值显著降低，脑脊液中Aβ42/Aβ40比值显著升高，进一步表明中枢神经系统整体的Aβ病理状态得到改善。这些结果共同表明，Trontinemab analog能够有效作用于脑内靶点，从多个层面改善AD相关的病理特征。
图5 Trontinemab analog治疗后皮层和海马Aβ病理评估
（A）大脑皮层和海马区Aβ斑块的代表性免疫组化染色图像。（B）皮层Aβ斑块阳性染色面积的定量分析。（C）海马Aβ斑块阳性染色面积的定量分析。与模型对照组相比，Trontinemab analog治疗组小鼠皮层和海马区的Aβ斑块阳性信号均显著降低。数据以均数±标准误表示，*P < 0.05, ***P < 0.001。
图6 Trontinemab analog对皮层、海马及脑脊液可溶性Aβ水平的影响（MSD检测）
（A）在皮层中， Trontinemab analog对可溶性Aβ40水平无显著影响，但显著降低了可溶性Aβ42水平及Aβ42/Aβ40比值。（B）在海马中，Trontinemab analog组与溶媒对照组相比，可溶性Aβ40和Aβ42水平均无显著差异。（C）在脑脊液中，与溶媒对照组相比，Trontinemab analog显著提高了Aβ42/Aβ40比值。数据以均数±标准误表示。*P < 0.05。
综上所述，百奥赛图依托Tg(5XFAD)/B-hTFR1双转基因小鼠模型，成功突破了传统AD模型无法评价TfR1靶向药物的瓶颈。该模型兼具AD病理特征与人源脑靶向入脑通道，为TfR1介导的双抗类药物在阿尔茨海默病中的药效与安全性评价，提供了兼具临床相关性与预测性的一站式服务平台。未来，百奥赛图将持续深耕中枢神经系统疾病模型领域，赋能更多创新药物的研发，助力攻克阿尔茨海默病这一全球性难题。
百奥赛图AD相关TFR1靶点人源化小鼠列表
参考文献
[1] 2024 Alzheimer's disease facts and figures. Alzheimer's Dement 2024;20(5): 3708-3821.
[2] DeTure, M.A., Dickson, D.W. The neuropathological diagnosis of Alzheimer’s disease. Mol Neurodegeneration 2019;14(1):32.
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[4] Skjørringe T, Burkhart A, Johnsen KB, Moos T. Divalent metal transporter 1 (DMT1) in the brain: implications for a role in iron transport at the blood-brain barrier, and neuronal and glial pathology. Front Mol Neurosci 2015;8:19.
[5] Bourassa P, Alata W, Tremblay C, Paris-Robidas S, Calon F. Transferrin receptor-mediated uptake at the blood–brain barrier is not impaired by Alzheimer’s disease neuropathology. Mol Pharm 2019;16(2):583-594.
[6] Sehlin D, Hultqvist G, Michno W, Aguilar X, Dahlén AD, Cerilli E, Bucher NM, Lopes van den Broek S, Syvänen S. Bispecific brain-penetrant antibodies for treatment of Alzheimer's disease. J Prev Alzheimers Dis 2025;12(8):100214.
[7] Luka Kulic, Fabien Alcaraz, Annamarie Vogt, Carsten Hofmann, Philip Barrington, Maddalena Marchesi, Jakub Wojtowicz, Gregory Klein, Ruth Croney, David Agnew, Denise Sickert, Niels Janssen, João A. Abrantes, Silke Ahlers, Paul Delmar, Iris Wiesel, Hanno Svoboda. The anti-amyloid beta “brain shuttle” antibody trontinemab rapidly reduces amyloid plaques in participants with Alzheimer’s disease. 2023.
[8] Fang X, Fan F, Border JJ, Roman RJ. Cerebrovascular Dysfunction in Alzheimer’s Disease and Transgenic Rodent Models. J Exp Neurol 2024;5(2):42-64.
[9] Pardridge WM. Blood-brain barrier and delivery of protein and gene therapeutics to brain. Front Aging Neurosci 2020;11:373.
