β淀粉样多肽聚集抑制剂设计、性能及作用机理研究

Alzheimer's disease is the most common neurodegenerative disease.Its main pathological characteristic is the abundant senile plaques formed from amyloid β-peptide (Aβ peptide) in patient's brain.In this application, we intend to design inhibitors for it. Through the synergistical effect of multiple weak interactions, the inhibitors are expected to bind Aβ peptide with high affinity and selectivity, and consequently will decrease the biological toxicity of Aβ peptide. Furthermore, immobilizing the inhibitor to the polymeric matrix, we will obtain Aβ-specific adsorbent for hemoperfusion usage, which could provide another way for the treatment of Alzheimer's disease. Additionally, the interaction mechanism between the inhibitor and the peptide will also be studied, and this is expected to provide basic understand of the principle for the design of inhibitor/adsorbent ligand.

阿尔兹海默病是一种最为常见的神经衰退性疾病，其主要病理特征是患者脑内出现由β-淀粉样蛋白（β-amyloid peptide，简称Aβ肽）聚集形成的老年斑。本申请拟针对Aβ肽聚集设计抑制剂，通过多重弱相互作用的协同，达到对Aβ肽的高亲和性、高选择性结合，从而达到抑制其聚集及相关的生理毒性的目的，在此基础上，将有效抑制剂固载到高分子基质上，制备血液灌流用Aβ肽的亲和吸附剂，为重症阿尔兹海默病患者的救治提供另一途径。深入研究抑制剂与Aβ肽的相互作用机理，为抑制剂/吸附剂配体的结构设计提供必要的理论依据。

本项目针对与阿尔茨海默症紧密相关的淀粉样多肽Aβ，把靶标片段由传统的Aβ16-22扩展为Aβ11-23，由此可利用多重弱相互作用及协同效应设计Aβ聚集抑制剂。.首先借助分子模拟手段，设计出一条与Aβ具有高度亲和性的抑制剂十肽RR（RYYAAFFARR），以公认的五肽抑制剂LPFFD作为参照，评价RR对Aβ聚集的抑制能力，研究表明RR具有更好的抑制聚集的效果。通过等温滴定量热仪、表面等离子共振技术和分子对接等方法，深入研究了RR与Aβ之间的作用机理。研究表明，RR和Aβ11-23之间存在疏水、静电、氢键等多重弱相互作用，RR比LPFFD更有效（RR和Aβ之间的亲和力远大于LPFFD）且不易自聚，颇具应用前景。.通过ThT荧光、圆二色光谱、和透射电子显微镜等方法，着重研究了RR对成熟纤维fAβ的解聚能力；利用流式细胞术、激光共聚焦显微镜和体外酶解实验等方法，考察解聚产物的细胞胞吞及代谢情况。结果显示：RR可以将fAβ解聚成长约200-250 nm的类纳米棒结构(rAβ)，并使β-sheet结构含量下降约45%；解聚产物rAβ更易被PC12细胞胞吞，其胞吞量是fAβ的1.46倍；解聚产物可以进入细胞的溶酶体，更易被蛋白酶B（CatB）降解，且降解产物不再具备完整的疏水核心区域，因此大大降低其再聚集的可能性。.本项目还得到兼具对Cu离子有螯合能力的双功能抑制剂GR。ThT荧光，浊度分析，MTT等实验表明，GR可有效螯合铜离子并抑制Aβ聚集，从而显著降低Aβ-Cu复合物的神经细胞毒性，使细胞成活率提高至88%，明显优于单功能螯合剂GGH（49%）和抑制剂RR（68%）。.最后，把GR和RR注入AD模型鼠脑部进行了体内药效学评价：水迷宫实验、脑组织切片染色（HE染色和老年斑染色）。结果发现RR和GR可改善AD模型鼠的空间记忆能力、减少脑中老年斑数量、保护神经细胞；我们还通过脑微血管内皮细胞（hCMEC/D3）胞吞实验、小动物成像等实验，研究了RR及GR穿越血脑屏障的可能性。结果显示：hCMEC/D3细胞对RR和GR具有明显的胞吞能力，表明RR及GR具有穿越血脑屏障，实现脑部给药的可能性。.综上，RR与GR对于AD的治疗有很好的应用前景。