基于自组装多肽纳米探针检测蛋白标志物用于阿尔茨海默病精准诊断的研究

There is still no effective solutions of prevention and treatment of Alzheimer's disease (AD) due to the incidence is high, the pathogenesis is not clear, and early detection is difficult. As precision medicine continues to heat up in the medical field, AD precision diagnosis has become one of the main goals of AD investigation. Applicants' preliminary studies have shown that self-assembled peptide nanoprobes can specifically bind to Aβ, one of the major protein markers of AD, and affect the performance of the final product. Accordingly, the applicant proposed the hypothesis that the utilize of self-assembled peptide nanoprobes to specifically bind to protein biomarkers to achieve the detection of blood protein biomarkers in AD patients is a potential way to achieve the precision diagnosis of AD. In support of this hypothesis, the project intends to design and prepare a series of peptide nanoprobes using the fluorescence generation mechanism of bioluminescent proteins and the key sequence of blood protein biomarkers in AD patients, study the their combination efficiency and response sensitivity with different types and concentrations of synthetic protein biomarkers, in order to achieve accurate, effective and stable detection of blood protein biomarkers through fluorescence, morphology and mechanical properties analysis, to establish a database of AD patients with the relationship between disease history and blood protein biomarkers for AD precision diagnosis. This project is of great significance for the development of new blood protein biomarker detection technology and precision diagnosis investigation for AD and many other major diseases.

阿尔茨海默病（AD）发病率高、发病机理不明确、早期检测难度大，至今仍无有效的防治手段。随着精准医学在医药领域的不断升温，AD精准诊断也成为AD研究的主要目标之一。申请人前期研究表明自组装多肽纳米探针可以与AD主要蛋白标志物之一的Aβ特异性结合，并影响最终产物性能。因此，利用自组装多肽纳米探针与蛋白标志物特异性结合产生的性能差异实现AD患者血液蛋白标志物检测，是实现AD精准诊断的潜在途径。基于此，本项目拟利用生物荧光蛋白的荧光产生机理和AD患者血液蛋白标志物的关键序列设计和制备一系列多功能多肽纳米探针，研究其与不同种类和浓度人工合成蛋白标志物的结合效率和响应灵敏度，以期通过荧光、形貌和力学性能分析实现精确、有效、稳定的血液蛋白标志物检测，建立AD患者病情病史与血液蛋白标志物关联关系的数据库研究AD精准诊断。本项目对开发AD及其他重大疾病的新型血液蛋白标志物检测技术和精准诊断研究具有重要意义。

随着世界人口老龄化日益加剧，神经退行性疾病阿尔茨海默病（AD）发病率急剧上升，严重危及老年人的健康，对社会和经济造成沉重的负担。AD发病率高、发病机理不明确、早期检测难度大，至今仍无有效的防治手段。随着精准医学在医药领域的不断升温，AD精准诊断也成为AD研究的主要目标之一。本项目利用生物荧光蛋白的荧光产生机理和AD患者血液蛋白标志物的关键序列设计和制备一系列多功能多肽纳米探针，研究了其与不同种类和浓度人工合成蛋白标志物的结合效率和响应灵敏度，通过荧光、形貌和力学性能分析实现了精确、有效、稳定的血液蛋白标志物检测。KLVFF和Fmoc-KLVFF自组装荧光多肽纳米探针KNPs和FKNPs具有良好的生物相容性，能够识别并特异结合Aβ42聚集体，引起荧光强度的变化。KNPs和FKNPs均能检测不同浓度的Aβ42，并能区分不同形态的Aβ42（原纤维和寡聚体），有助于AD的诊断和准确判断AD患者的病理周期。本项目还合成了具有负、中性和正表面电荷的荧光c-PNPs，并通过荧光波长和荧光强度的变化来检测Aβ多肽聚集体。基于荧光和形态学特征的实验数据证明了负c-PNPs与健康人和不同疾病阶段AD患者脑脊液和血清中Aβ聚集体的有效检测和特异性结合。c-PNPs可以区分AD患者和正常人，并利用脑脊液和血清样本监测病情进展。形态学和细胞毒性实验表明负c-PNPs对Aβ42肽的聚集有抑制作用。此外，本项目还开发了一种能够同时检测多种信号的荧光多肽纳米颗粒（f-PNPs）阵列。通过监测f-PNPs阵列的多模荧光强度、纳米形态和纳米力学性能的变化，可以分析tau蛋白生物标志物的浓度、聚集阶段和杨氏模量。与健康人相比，临床诊断AD患者血液样本中tau蛋白的浓度、杨氏模量和聚集水平随着疾病严重程度的增加而持续增加。总之，这些发现证明了多肽纳米探针如何促进AD诊断、疾病监测和治疗药物发明的新材料和新方法的发展。有助于推动我国阿尔茨海默病检测手段和治疗药物的升级换代，降低我国老年痴呆症患者家庭经济负担。同时对了解AD发病机理、评估AD病理学进程也具有重要意义。