金团簇在帕金森疾病模型中的应用研究

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帕金森病(Parkinson’s Disease,PD)是一种常见的神经退行性疾病,目前全世界有超过1000万的PD患者。PD的临床表现主要包括震颤、僵硬、运动缓慢和步态问题等运动障碍,同时还会伴有疲劳、抑郁、疼痛和认知障碍等症状。其病理学特征是在大脑的运动神经中枢黑质(Substantia Nigra,SN)和纹状体中产生路易氏小体(Lewy Body,LB),LB的主要成分是α-突触核蛋白(α-Synuclein,α-Syn)的异常聚集形成的长纤维与死亡的多巴胺能(Dopaminergic,DA)神经元细胞。目前临床上针对PD患者主要使用左旋多巴(L-DOPA)和多巴胺受体激动剂来暂时缓解患者的运动障碍症状,但是药效会随着病程的持续而逐渐减弱,目前尚无有效的药物可以阻止或者延缓PD患者的神经退行性病程。因此,亟需开发新型有效的PD治疗药物。金纳米团簇(Gold Nanoclusters,AuNCs)作为21世纪最具前景的纳米材料之一,其金核是由数个至数百个金原子组成的,尺寸小于3 nm。因其强烈的量子限域效应,AuNCs表现出类分子的HOMO-LUMO电子能态。由于AuNCs兼具独特的物理化学性质与良好的生物相容性,其被广泛用于生物成像、药物运载、光热治疗等生物医药领域的研究。然而,AuNCs本身的药用价值目前尚无报道。本论文首次探索了AuNCs本身作为药物在PD中的应用潜力,我们利用类生物源的配体修饰AuNCs,改善了其稳定性并提高其生物相容性,进而通过体外实验、细胞模型实验和动物模型实验,研究AuNCs在PD治疗上应用的可能性。本论文实验探究内容如下:(1)在有机相环境下合成了水溶性N-异丁酰基-L-半胱氨酸修饰的金纳米团簇(L-NIBC AuNCs),通过各种测试仪器的表征,表明L-NIBC AuNCs被成功制备出来。将α-Syn蛋白和不同浓度的AuNCs在体外进行共同孵育,用多功能酶标仪和动态光散射(DLS)监控了AuNCs对α-Syn蛋白纤维化动力学过程的影响,用原子力显微镜(AFM)和透射电镜(TEM)表征了AuNCs对α-Syn蛋白纤维形貌的影响。结果表明:当AuNCs的浓度达到10 mg·L-1时,α-Syn蛋白纤维化能被完全抑制(37oC环境,168 h内);AFM和TEM结果表明α-Syn蛋白纤维化程度随着AuNCs的浓度的增加而降低,即不加AuNCs时,观测范围内都是成熟的长纤维,当浓度高时,视野内几乎没有纤维状,只有零星的无规聚集体;DLS被用来检测在168 h内α-Syn蛋白和10 mg·L-11 AuNCs共同培育时的粒径变化过程,发现与AuNCs共同孵育时,溶液中粒径维持在较小的范围(32±15.3 nm)内波动,可以认为粒径几乎无变化。体外实验结果说明,AuNCs达到一定浓度(10 mg·L-1)时,才能对α-Syn蛋白纤维化过程起到抑制作用。(2)对制备好的L-NIBC AuNCs进行细胞毒性实验和PD细胞模型修复实验。用三种不同的细胞系(PC12、SH-Sy5y、INS-1细胞)对AuNCs的细胞毒性进行检测,发现AuNCs对三种细胞系显示均无细胞毒性(AuNCs的浓度在40 mg·L-1以内),甚至AuNCs具有一定程度的促细胞生长作用。用3 mmol·L-1MPP+的浓度对SH-Sy5y细胞建立了PD细胞模型,发现AuNCs能在一定程度上提高MPP+损伤的SH-Sy5y细胞的存活率(1 mg·L-1 AuNCs能将SH-Sy5y存活率从59%提高到96%),并且用流式细胞仪检测细胞凋亡情况,发现当引入AuNCs处理细胞时,细胞凋亡百分率为35.9±2.19%,对比MPP+组,细胞凋亡明显降低。实验结果从细胞层面,说明AuNCs具有微弱的细胞毒性,并且能修复MPP+损伤的PC12细胞,减少细胞凋亡。(3)建立MPTP损伤的小鼠动物模型,并且研究L-NIBC AuNCs对PD动物模型的修复效果。对小鼠腹腔连续注射7天的MPTP溶液,建立PD动物模型,经过AuNCs药物注射后,通过行为学实验,如旷场实验、游泳实验、转棒实验,发现AuNCs能显著地改善PD模型鼠行为学障碍;通过免疫组化和蛋白质印记提高了多巴胺的含量及在SN和纹状体中酪氨酸氢化酶的蛋白表达水平,抑制DA神经元的损伤;同时,利用冷冻透射电镜对大脑切片发现,AuNCs能穿越血脑屏障(Blood-Brain Barrier,BBB);但是AuNCs对纹状体炎症反应的效果不佳。实验结果从动物层面,说明AuNCs能有效地改善MPTP损伤小鼠行为学障碍和病理学特征。综合上述分析可知,AuNCs能抑制α-Syn蛋白纤维化,在细胞水平和动物水平上对MPP+损伤的细胞模型和MPTP损伤的动物模型具有神经保护作用。本论文不仅为AuNCs用于抗PD新药的研发提供了基础研究数据,而且拓展了AuNCs在生物方面的应用。
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