金属离子诱导Aβ蛋白聚集和石墨烯量子点负载姜黄素抑制该聚集作用的研究及化学计量学的应用

Alzheimer’s disease (AD) comprises 60-80% of all dementia cases and the aggregation of amyloid β-protein (Aβ) plays a central role in the pathogenesis of AD. The research found that aluminum ions or zinc ions induced and accelerated the aggregation process of Aβ. The risk of AD when zinc and aluminum or the other two or more metal ions existing at the same time need to be explored further. Meanwhile, the existing drugs in the treatment of AD (such as curcumin) have various faults, the weak targeting, the poor permeability through the blood-brain barrier and the low bioavailability, and so on. The project will load the amyloid β-protein inhibitors of curcumin on the graphene quantum dots and resolve the multidimensional spectrum data of the biochemical process from the chemometrics with the combination of spectral analysis, kinetic analysis and electroanalysis, etc. The research includes the study of the competition or synergy when the interaction of Aβ with a variety of metal ions which existing simultaneously and the judge of dominant role when the aggregation of amyloid β-protein induced by metal ions, and the process and mechanism of the inhibition of amyloid β-protein aggregation by graphene quantum dots loaded with curcumin, the investigation of the effect of polymerization, the therapeutic effect and the side effect. The project has important significance to elucidate the pathogenesis and provide the new treatment strategy of AD.

阿尔茨海默病(AD)约占老年痴呆症的60%-80%, β-淀粉样蛋白(Aβ)的聚集在AD的发病机制中起关键作用。研究发现, 单一铝离子或锌离子能够诱导并加速Aβ的聚集过程, 但铝与锌或两种以上金属离子共存时对AD患病风险的影响需进一步研究; 另一方面，现有治疗AD的药物(如姜黄素等)普遍存在靶标性弱、血脑屏障通过能力差及生物利用度低等缺点。本项目将Aβ抑制剂姜黄素负载在石墨烯量子点上, 运用光谱分析、电化学分析和动力学分析等方法, 从化学计量学的角度对生命体系测量的多维波谱数据进行解析, 研究多种金属离子共存时与Aβ结合的竞争或协同作用, 判断金属离子在诱导Aβ聚集中的先后主导作用; 同时, 研究石墨烯量子点负载姜黄素抑制Aβ聚合的过程和机理, 考察负载物对Aβ的阻聚效果、药物疗效及毒副作用。该研究对阐明AD的发病机制和探寻治疗策略具有积极意义。

一方面，药物与生命体生活有着密切的联系，药物的吸收、分布、代谢等体内过程，直接影响药物在其作用部位的浓度和有效浓度的持续时间，从而决定着药物的作用—药理作用和毒性作用的发生、发展和消除；另一方面，人们食用动物源性食品时，就必然要接触残留在动物体内的药物或激素，此类药物使用的直接后果是导致药物在动物性食品中残留，摄入人体后，将严重影响人类的健康；另外，纳米药物载体由于高效负载、靶向给药和药物释放可控等优点，已经成为纳米技术和生物医药的一个热点研究，在医学领域具有很好的应用前景。为获取所需要的生命化学信息，本项目以光谱分析、电化学分析和动力学分析等为主要实验手段，结合原子力显微镜、透射电镜、共振光散射等技术，从化学计量学和化学信息学的角度对生命体系测量的多维波谱数据进行解析和描述，特别是分析多种药物分子共存时与生物大分子结合的竞争或协同作用，判断药物分子在与生物大分子作用过程中的先后主导作用，研究纳米材料负载药物分子与生物大分子作用过程和机理，考察负载物的药物疗效及毒副作用等。这对理解和阐明药物动物源性食品中兽药残留的来源与原因、药物小分子设计和指导解毒急救、为新药开发提供有用的信息和数据都具有积极意义。