基于Aβ蛋白N端捕获的活性环肽设计及其抗AD作用与分子机制研究

Alzheimer's disease (AD) is a progressive neurodegenerative disease contributing to the serious deterioration of human health, and there is no efficient clinical drug available so far. Amyloid-β (Aβ) species contributed the main cause of AD pathogenesis though most of the clinical trial targeting Aβ failed in recent years. Hydrophobic central or C - terminus targeted drug design remain deficient and novel strategies of blocking the Aβ pathological function is urgently needed. The hydrophilic amyloid-β (Aβ) N-terminus is deeply involved in AD pathogenesis，masking the N-terminus will generate multiple positive pharmacological effects. Unfortunately, the flexibility of N-terminus render it hardly to be targeted, and how to capture the N-terminus of Aβ remains a key scientific concerns. In this project, we raised a strategy based on a "Host-Guest" capturing manner, and in preliminary work, designed and discovered active cyclopeptides which are capable of blocking N-terminus, inhibiting the early oligomerization of monomeric Aβ, reversing the preformed fibrillar Aβ to monomer, dissolving the plaque and sequentially decreasing the toxicity of Aβ. Further works will focus on the structure optimization of the lead cyclopeptide via ring/residue improvement and peptide-mimics based modification, and evaluation of the effects of lead cyclopeptide on the pathological functions of Aβ to illustrate the molecular mechanism. This project will offer a key basis for the novel drug design based on the regulation of N-terminus of Aβ, for AD therapy.

阿尔兹海默症（AD）严重影响人类生命健康，至今仍无有效临床治疗药物。β-淀粉样蛋白（Aβ）是引发AD的重要因子，主流针对其中部或C端的聚集抑制策略存在不足，至今未有突破。如何有效阻断Aβ病理功能，急需创新的药物设计思维。高度柔性的AβN端与多种AD病理过程密切相关，屏蔽其病理功能可产生多重抗AD药理效应，但如何实现对其特异性捕获仍然是尚未解决的科学难点。本课题首次提出基于“主－客”体作用模式的分子设计策略，已在天然环肽结构基础上，设计、发现了能特异性捕获AβN端的先导分子，并证实了其具有同时抑制Aβ早期聚集、解聚Aβ聚集体、降低Aβ毒性以及清除模型鼠脑部Aβ斑块等功能。进一步研究将从先导分子的关键基团、环结构、以及拟肽化改造等多方面入手，对其进行结构优化；系统研究优先分子对AβN端病理功能的影响，解析其作用的分子机制与构效关系；为研发基于AβN端功能调控创新机制的抗AD药物提供重要基础。

Aβ寡聚体是引发AD的重要原因，本课题系统探索了消除或防止寡聚体的分子设计策略，并发现了能有效消除或防止寡聚体的活性分子；揭示了靶向Aβ特定区域与其Aβ聚集形态等调控能力的关系与作用机制；验证了代表性活性环肽在体内外有效去除毒性寡聚体的影响。重要成果如下：.A．首次提出了针对柔性多肽链的主体设计策略，成功实现对柔性目标的捕获；构建了多类Aβ N端靶向的环肽库。.B．发现了一系列高活性分子，可有效抑制Aβ的聚集，解聚已然形成的Aβ斑块；并在此过程中显著地防止Aβ毒性寡聚体的形成。.C．解析了其与Aβ作用的分子机制，获得了基本的构效关系规律：①靶向Aβ N端的能力是其活性发挥的主要原因；②其与Aβ C端的结合可抑制其聚集，但消除寡聚体及解聚斑块的能力较弱；③靶向Aβ N端的前提下，同时也可与Aβ C端的结合的分子，表现出最佳的解聚纤维及寡聚体清除能力；④与Aβ中部疏水区域的结合，虽能提升其解聚纤维能力，却可能升高毒性寡聚体的含量，不利于Aβ聚集体带来的神经毒性。.D. 初步揭示了防止pEAβ毒性产生的关键因素及防止途径。pEAβ的快速聚集能力与其作为种子引发Aβ聚集能力相关；而这一行为，用靶向Aβ的柔性N端的活性分子难以有效防止；与之相反，靶向其疏水区域的环肽分子TA，可显著阻断其病理功能。.E. 全面研究了该类环肽分子的溶血性与细胞毒性，发现其副作用的产生与其分子两亲性及构象特点密切相关，揭示了明确的构毒关系。.F. 在细胞及动物体内评价了优选环肽的相关活性，发现其可有效地影响AD相关的信号通路；可以显著减少模型动物体内Aβ斑块。.本研究成果证明了课题设想的科学性与可行性，不仅在相关药物设计、成药性改造等方面提供了新思路；而且明确揭示靶向Aβ的特定区域，是消除其毒性寡聚体形成的最佳途径；而表面上可减少Aβ聚集的分子，可能产生毒性寡聚体升高的风险。为进一步开发创新抗AD药物提供了重要的参考。