Neuron丨無創(chuàng)、長期、可重復！科學家開發(fā)新型血清標志物，精準監(jiān)測靈長類腦內(nèi)基因表達

想要在活體靈長類動物腦中長期觀察基因表達，傳統(tǒng)方法大多有創(chuàng)傷、操作復雜，很難實現(xiàn)無創(chuàng)、持續(xù)監(jiān)測。

2026年2月27日，俄勒岡健康與科學大學Vincent D. Costa研究團隊在Neuron雜志發(fā)表了“Synthetic serum markers enable noninvasive monitoring of gene expression in primate brains”，揭示了合成血清標志物可實現(xiàn)靈長類腦內(nèi)基因表達的無創(chuàng)監(jiān)測。

作者展示了一種無創(chuàng)方法，通過基于血液的檢測手段，對非人靈長類動物大腦中的轉(zhuǎn)基因表達進行定量檢測，所用工程化報告分子被稱為活性釋放標志物（RMAs）。RMAs 通過反向轉(zhuǎn)胞吞作用穿過血腦屏障，從而可在血液中檢測到源自大腦的標志物。

利用該方法，作者實現(xiàn)了對大腦皮層及皮層下區(qū)域多種轉(zhuǎn)基因表達長達數(shù)周的重復監(jiān)測，其具有足夠靈敏度，可檢測環(huán)路特異性、Cre 依賴型腺相關病毒（AAV）的表達且 RMA 信號與神經(jīng)組織中基因表達的組織學定量結(jié)果具有相關性。RMA 平臺可作為非人靈長類神經(jīng)科學研究中經(jīng)濟高效、可重復使用的工具，僅通過簡單的血液檢測即可實現(xiàn)對大腦基因表達高靈敏度、多通道的定量分析。

圖一 利用 NHP?RMAs 無創(chuàng)監(jiān)測獼猴大腦中的轉(zhuǎn)基因表達

作者利用 NHP?RMAs 可無創(chuàng)監(jiān)測獼猴大腦內(nèi)轉(zhuǎn)基因表達，將其注射至目標腦區(qū)后，通過多次采血并采用熒光素酶檢測法定量血清中 NHP?RMA 水平即可實現(xiàn)對轉(zhuǎn)基因表達的動態(tài)檢測。

NHP?RMAs 由基因標記神經(jīng)元分泌后，在組織間隙與FcRn受體結(jié)合，經(jīng)反向轉(zhuǎn)胞吞作用跨越血腦屏障進入血液循環(huán)；該報告蛋白由 N 端分泌信號肽、可檢測蛋白標志物（如Gluc或Cluc）及獼猴抗體重鏈Fc結(jié)構(gòu)域三部分構(gòu)成，其中Fc結(jié)構(gòu)域可介導其穿越血腦屏障。

圖二 體內(nèi) NHP?RMA 蛋白的反向轉(zhuǎn)胞吞與檢測

體內(nèi) NHP?RMA 蛋白的反向轉(zhuǎn)胞吞與檢測研究顯示，組織培養(yǎng)結(jié)果驗證了 AAV 載體功能及NHP?RMA信號檢測流程的有效性。本研究制備并純化了 NHP?RMA 蛋白，通過靜脈注射檢測其藥代動力學特征，發(fā)現(xiàn)其 β 相半衰期為 1.2–1.5天，長于單獨 Gluc 蛋白但短于小鼠體內(nèi)所用 Gluc?RMA；

體外實驗表明生物發(fā)光信號與蛋白濃度呈良好線性關系，多次凍融也不會降低熒光素酶活性。將高純度 NHP?RMA 注射到獼猴腦內(nèi)殼核后，血清中可檢測到明顯的RMA信號且信號強度隨注射劑量增加而升高，在注射后2小時就呈現(xiàn)穩(wěn)定的劑量效應，12–24小時信號與蛋白注射量呈顯著正相關，說明 NHP?RMA 可通過反向轉(zhuǎn)胞吞有效穿過血腦屏障。

這些結(jié)果證實NHP?RMA能夠無創(chuàng)反映腦內(nèi)轉(zhuǎn)基因表達水平，為腦內(nèi)蛋白分泌量提供了參考，也可在無法進行術(shù)后 MRI 時用于判斷 AAV 是否成功遞送入腦。

圖三 AAV 介導的 NHP-RMAs 基因表達的跨物種驗證

此前研究已證實，可利用AAV載體讓小鼠神經(jīng)元分泌RMA蛋白。由于小鼠和獼猴的相關受體存在基因重疊，且作者已在體外驗證了AAV載體的有效性，因此在野生型小鼠和恒河猴體內(nèi)，同步評估了可表達NHP?RMA蛋白的AAV載體。

作者將兩種AAV載體共同注射到小鼠基底神經(jīng)節(jié)，在注射前、注射后1周和2周分別檢測RMA信號并通過分子和免疫熒光方法檢測蛋白在神經(jīng)元中的表達，結(jié)果顯示NHP?RMA只在注射側(cè)大腦半球表達。檢測的細胞核樣本中，兩種標記蛋白的陽性比例相近，且兩種RMA相關的發(fā)光信號均明顯增強，小鼠體內(nèi)2周后信號分別升高上千倍，其中Gluc相關信號升高幅度更明顯。

作者還將這兩種AAV載體注射到5只恒河猴大腦，使其神經(jīng)元分泌對應的NHP?RMA蛋白，所有猴子均在基底神經(jīng)節(jié)注射載體，部分猴子同時在額葉前皮質(zhì)或前扣帶回等區(qū)域進行了多點注射。

總結(jié)

作者構(gòu)建了可用于非人靈長類的NHP?RMAs合成血清標志物用于監(jiān)測轉(zhuǎn)基因表達。該報告分子可穿過血腦屏障，通過簡單血檢即可長期、特異反映腦內(nèi)基因表達水平，且血清信號峰值與AAV介導的腦內(nèi)mRNA及蛋白表達高度相關。

文章來源

https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(26)00003-6