手性青霉胺纳米多肽抑制金属离子诱导的Aβ纤维化聚集及机制研究

Alzheimer's disease (AD) seriously affects the health of the elderly living; Current drugs can alleviate the symptoms but not cure, thus, the research and development of AD drugs is of great significance. Amyloid beta protein (amyloid β -peptide, Aβ) is the main cause of the pathogenesis of AD, and the metal ion is the key to promote the A β aggregation, another important reason is difficult to cure AD drugs are generally unable to cross the blood brain barrier. To solve these problems, the project intends to study Aβ aggregation inhibited by penicillamine modified nanoparticles with peptides; penicillamine can chelate zinc and copper ions, polypeptides can across the blood brain barrier, through effective biological function of nanoparticles. The nanoparticles have function of inhibition of A β aggregation, metal chelating agents and crosses the blood brain barrier. Based on this, this project studies the nanoparticles on two level structure of Aβ, the ability to inhibit the aggregation and chelating metal ion of Aβ, from the cell level to study suppression of different nanoparticles on AD cell model (PC12), and to study effects of different nanoparticles in the brains of plaque in an AD mouse model of Aβ from animal level. The research of this project is expected to open up new way in the treatment of AD.

阿尔茨海默病（AD）严重影响老年人的生活质量，现有药物只能缓解症状但无法治愈，研究新型AD药物具有重大意义。β-淀粉样蛋白（Aβ）在脑内聚集和形成纤维化是AD的病理特征，而Zn2+，Cu2+是促进Aβ聚集的关键，因此通过抑制金属离子对Aβ的诱导作用是治疗AD的有效手段； AD难以治愈的另一重要原因是一般药物无法穿越血脑屏障。针对这些问题，本项目拟设计手性青霉胺纳米多肽作为Aβ抑制剂的研究，其中青霉胺能够络合Zn2+、Cu2+，多肽具有跨越血脑屏障的功能，该纳米粒子同时具备抑制Aβ聚集、金属螯合剂和跨越血脑屏障的功能。本项目研究纳米颗粒对Aβ二级结构的影响；抑制Aβ的聚集及螯合金属离子的能力，细胞水平研究纳米颗粒保护神经细胞PC12免受Aβ损伤的神经毒性，进一步研究其透过血脑屏障的能力；对有效的Aβ抑制剂进行AD转基因模型小鼠脑内Aβ斑块消融作用的评价。本项目有望为治疗AD开辟了新的途径。

阿尔茨海默氏病（AD）是一种进行性发展的致死性神经退行性疾病，目前普遍认为有神经毒性的 Aβ 聚集是 AD 发生发展的主要因素，而 Zn2+，Cu2+是促进 Aβ 聚集的关键，因此通过抑制金属离子对 Aβ 的诱导作用对治疗 AD 起着至关重要的作用。本课题利用青霉胺作为还原剂及修饰剂制备纳米颗粒，络合金属离子抑制Aβ 聚集。经过近3年的研究探索，证明该设想切实可行，并且有可能发展成治疗AD新的途径。. 基于上述学术思想，本课题开展了以下研究：. （1）手性青霉胺纳米粒子的制备：利用 D-型，L-型青霉胺作为修饰剂，在硼氢化钠的作用下，将 D-型，L-型青霉胺分别修饰在纳米硒上，制备出单分子的球形结构的L-Pen@Se和D-Pen@Se纳米粒子，而且分散比较均一。（2）纳米粒子对 Aβ 的聚集作用：通过荧光光谱，CD 光谱，原子力显微镜，透射电镜等方法研究手性青霉胺纳米对 Aβ 二级结构的影响以及抑制 Aβ 聚集的能力，研究结果表明D-Pen@Se能够抑制单体的Aβ40向原纤维化的转变，而L-Pen@Se反而有促进的作用。（3）手性纳米颗粒对 Aβ 神经毒性的影响：通过建立体外培养神经细胞 Aβ 损伤模型测定相关指标以判定Aβ的毒性及手性青霉胺纳米粒子对神经细胞的保护作用。本实验选用 PC12 细胞，利用激光共聚焦显微镜观测绿色荧光的强度来衡量手性纳米硒抑制Aβ的聚集，初步阐明D-Pen@Se纳米粒子具有保护 PC12 免受 Aβ 损伤的作用。（4） 研究手性纳米粒子体内活性和毒性：通过静脉注射途径给药，研究纳米粒子对模型鼠脑组织中 Aβ 斑块的消融作用，以及对 AD 鼠学习、记忆能力和认知能力的改善作用，研究纳米药物对小鼠的毒副作用以及在体内的聚集情况，评价纳米药物对小鼠急性毒性以及对各主要脏器的毒性。实验结果显示给定剂量下纳米颗粒几乎不会引起体内毒副作用，行为学实验表明 D-Pen@Se纳米粒子可明显改善 AD 小鼠认知与记忆。