基于金属钌配合物的Aβ动态聚集荧光探针的设计及应用研究

Self-aggregation of β-amyloid (Aβ) is the major hallmark of Alzheimer's disease (AD). Real-time monitoring of Aβ aggregation is essential for the clarification of aggregation mechanism, discovery of therapeutic targets and drug screening. In this project, we propose to design ruthenium complexes that accurately target to the unstructured region of Aβ, so as to develop near-infrared fluorescent probes for real-time monitoring Aβ aggregation without any perturbation. We will use these probes to study the influence of metal ions on aggregation process and aggregates morphology, explore the mechanism of Aβ transmission, try to find out the correlation between aggregates morphology and neurotoxicity, thereby providing new information for the revealing of pathology and the discovery of new drug targets of AD. Furthermore, we will use these probes for Aβ inhibitors screening. In comparison with existing methods such as NMR, AFM, EM, TIRFM, etc, the method proposed in this project can realize real-time, dynamic and visible research of the aggregation process, and meanwhile compensates for the shortcomings of commonly used probe ThT (Thioflavin T) unable to target oligomers. We believe that this project would provide a more precise and reliable method for the revealing of pathogeny and discovery of drug targets of AD.

β-淀粉样蛋白(Aβ)的异常聚集是阿尔茨海默症（AD）的重要病理标志之一，Aβ聚集过程的实时、动态监测对于Aβ聚集机理的揭示、药物靶点的发现及药物筛选具有重要意义。本项目拟通过结构的设计，构建精准靶向Aβ未结构化区域，不干扰Aβ聚集，又可对聚集过程进行实时、动态、可视化监测的近红外荧光探针。利用探针对Aβ动态聚集过程进行研究，探索金属离子对聚集过程、聚集形态的影响；聚集形态和神经毒性的相关性；Aβ作用及传播机制，为AD病理原因的揭示及药物靶点的发现提供新的信息，同时利用探针对AD药物进行早期筛选。与现有的NMR、AFM、EM、TIRFM等方法相比，该探针可以实现多种样本的实时、动态、可视化研究，同时弥补常用探针ThT (Thioflavin T)无法靶向低聚体的缺点。本项目的开展将为AD病理原因的揭示、药物靶点的发现及药物开发提供一种更为准确、可靠的新型可视化研究方法。

β-淀粉样蛋白(Aβ)的异常聚集是阿尔茨海默症（AD）的重要病理标志之一，Aβ聚集过程的实时、动态监测对于AD病理原因的揭示、药物靶点的发现及药物筛选具有重要意义。同时，除Aβ42和Aβ40外，一些短链的Aβ片段被陆续报道并被发现与聚集过程密切相关，开发对特定Aβ片段具有高选择性的探针，将为Aβ聚集机理的阐明提供更为精确的信息。本项目中，我们设计合成了两个系列钌配合物荧光探针，研究了探针与Aβ蛋白的作用情况、Aβ蛋白的选择性识别效果、监测Aβ聚集过程的情况、组织及细胞成像效果，并探索了其作用机制。获得了两个对Aβ蛋白具有高选择性的近红外荧光成像/荧光寿命成像探针。探针对Aβ蛋白显示出较高的选择性，并可对溶液及细胞中的Aβ聚集过程进行实时、动态、可视化监测，其良好的双光子成像能力及较长的激发态寿命使得成像具有更高的分辨率和组织穿透性。利用该探针我们研究了Aβ蛋白在溶液及细胞中的聚集及传播过程、Aβ蛋白进入细胞的过程、对细胞的影响及铜离子对聚集过程的影响。无论是与金标准荧光探针ThT相比，还是与免疫荧光成像相比，本项目探针均显示出显著的优越性，如：较低的生物毒性、实时监测能力、良好的活细胞成像、操作简便快捷等。作用机制研究表明具有柔性旋转基团的配合物更容易Aβ蛋白与N-端亲水区作用，对Aβ40显示出较高选择性；而含有较大共轭平面的配合物则更容易与C-端疏水区作用，对Aβ42显示出较高选择性。本项目的成果将为AD病理原因的揭示提供一种更为便捷、高效、可靠的研究方法，同时为具有区域靶向性的高选择Aβ荧光探针的开发提供重要研究基础。