肝素寡糖抑制Aβ淀粉样蛋白细胞毒性的构效关系研究

Alzheimer's disease (AD) is one of the most common neurodegenerative diseases in elderly people. Pathological researches indicate that the mechanism is associated with the prodcution and misfolding of β-amyloid peptide (Aβ). Low molecular weight heparin can inhibit Aβ's misorientation through binding to Aβ. The shortest effective binding fragment is tetrasaccharides (dp4s). Heparin can bind to more than 100 different kinds of proteins and exhibit different bioactivities. This is due to its structural complexity including different monosaccharide components, degree of polymorization, sulfation degrees and different subsituents and so on. Therefore, study of the relationship between structure and activity of heparin is important for heparin's usage in medicine. This project is planned to study the interactions between heparin dp4s and Aβ mainly using NMR and docking techniques. ITC will also be used for the collection of thermodynamic parameters to give quantitative results. Difference of binding effects of the three dp4s will be compared to show the structre and activity relationship. The effective binding domain will be determined.

本项目拟以肝素酶I酶解所得的肝素四糖、六糖、八糖、十糖和Aβ40为研究对象，通过MTT法检测肝素寡糖影响体外神经细胞存活率来表明肝素寡糖可以抑制Aβ40的细胞毒性，通过预保护和损伤修复模型验证肝素寡糖对神经细胞具有保护作用。利用液相NMR技术结合分子对接计算的方法，研究肝素寡糖与Aβ40间的相互作用，辅助ITC技术获得热力学参数，从分子水平上确定肝素寡糖与Aβ40相互作用的差异性，进而确定其细微结构的构效关系，明确其与Aβ40结合所必须的最小活性结构的独特性，为将明确活性中心的肝素寡糖作为有效治疗AD的药物提供良好的理论基础。

阿尔兹海默症（Alzheimer’s Disease, AD）俗称老年痴呆症，是老年群体中最常见的神经退行性疾病，2015年全球发病人数已经超过4680万，预计到2050年将达到1.3亿，我国人口老龄化形势也日趋严重，这将为社会医疗及保障带来沉重的负担，因此，预防及治疗手段的改善对延缓发病及减轻病症则成为刻不容缓的课题。目前，临床治疗仍处于AD发病后的症状控制阶段，治疗效果很有限。AD的发病机制仍然不是完全清楚，但淀粉样蛋白斑块和Tau蛋白异常是广为接受的两种标志物，深入研究两者的发生及发展过程将为有效的预防和治疗AD提供良好的理论指导。β淀粉样蛋白（β-amyloid peptide，Aβ）是淀粉样斑块的主要成分，本项目以Aβ为研究对象，探索有效抑制Aβ神经毒性的机制。.本项目为基础研究，以AD主要致病机制的关键分子Aβ为研究对象，通过细胞活性实验证明了肝素寡糖能够有效抑制Aβ的神经毒性，恢复细胞活力，制备了3种具有明确硫酸化位点的肝素四糖，利用HDX-MS和NMR技术分别研究了3种肝素四糖及已上市抗凝血药物磺达肝癸钠与Aβ的相互作用情况，通过比对肝素寡糖细微结构差异，如硫酸化个数及位点，糖醛酸类型等差异性，确定了寡糖与Aβ相互作用过程中参与结合的官能团和必要结构，推断出具有抑制Aβ神经毒性的最小活性寡糖序列为HexA-GlcNS-IdoA2S-GlcNS6S，且该片段不具有抗凝血活性，因此不会有出血的副作用，从分子水品上阐明了两者相互作用的机制，为制备明确结构的肝素寡糖类药物用于治疗神经退行性疾病提供了良好的理论基础，具有指导糖类药物生产的应用价值。