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研究背景:阿尔兹海默症（Alzheimer’s disease,AD）,俗称老年痴呆症,是最常见的痴呆症之一。目前尚无有效的AD防治药物,因此研发AD防治药物显得尤为迫切和重要。AD的主要病理表现为细胞外老年斑（senile plaques,SP）以及细胞内神经纤维缠结（neurofibrillary tangles,NFT）,这种病理改变导致突触功能受损,最终引起神经元死亡。老年斑的主要成分是β淀粉样蛋白（β-amyloid peptide,Aβ）。Aβ毒性假说是目前最被广泛认可的一种AD发病机理的假说。该假说认为Aβ异常自组装是引起神经毒性的关键,同时它还引发了下游Tau蛋白过度磷酸化、激活胶质细胞诱发神经炎性、增加氧化应激损伤等。该假说在近年的研究中得到不断地深化和验证。因此,抑制Aβ的聚集过程是预防和治疗AD的重要途径之一。在针对抑制Aβ聚集的研究上,尽管目前已报道的小分子和肽类抑制剂虽已取得了阶段性进展,但仍然存在着毒性高、合成工艺复杂并难以进一步修饰改造等缺陷。随着纳米科技的迅速发展,纳米材料易修饰、易穿透血脑屏障等优势给AD防治药物研发带来新的思路和策略。碳纳米材料如富勒烯、碳纳米管、石墨烯等引起人们的极大兴趣。这些碳纳米材料所具有的特殊效应,如小尺寸效应、表面效应等,在生物医学方面展现出良好的应用价值。但是上述传统纳米材料本身存在生物毒性较大等问题,导致了它们在临床药物研发中受限。相对而言,新型纳米点原料易于获得,成本低廉,合成步骤简单,易于修饰和改性,具有低细胞毒性、生物相容性好、易于大规模合成及官能化修饰等优势。但找到一种具有显著抑制Aβ聚集功效,能够有效缓解AD症状的纳米点依然具有较大挑战。研究目的:已有研究表明,Aβ在AD多个病理损害中扮演了重要角色,是AD的关键致病因子。本课题选择了一种分子量小、生物相容性好的碳纳米点——C3N,以Aβ1-42和 APP/PS1[B6C3-Tg（APPswePSEN1dE9）/Nju]转基因小鼠为研究对象,研究C3N在抑制Aβ聚集、缓解APP/PS1小鼠症状中的作用,探讨其抑制Aβ聚集、改善AD模型鼠认知的作用机制,为新型碳基纳米点抑制Aβ多肽聚集的应用提供相关实验和理论科学依据。研究方法:在分子层面,本研究使用了硫磺素T（Thioflavine-T,ThT）荧光动力学、点杂交实验检测体外C3N对Aβ1-42自发聚集的影响,采用透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope,TEM）、原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）和圆二色谱（Circular Dichroism Spectrum,CD）检测形成的聚集体的形貌和二级结构的变化。通过全原子分子动力学（Molecular Dynamics,MD）模拟,本文检测了 C3N与Aβ1-42二聚体的相互作用,以及对Aβ1-42二聚体结构的影响;在细胞层面上,通过CCK-8、LDH释放、Live/Dead实验检测了使用C3N预处理后,Aβ寡聚体对神经元的毒性作用,并通过扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）观察了 Aβ寡聚体对神经元突触的损伤作用。最后,在动物层面上,以APP/PS1双转基因AD小鼠和C57BL/6小鼠为研究对象,经C3N和生理盐水溶液腹腔给药6个月后,通过水迷宫和新物体识别实验这两大经典行为学实验检测小鼠的认知状况,并采用免疫组织化学荧光（Immunohistochemical Fluorescence,IF）和蛋白免疫印迹实验（Western Blot,WB）、酶联免疫吸附实验（Enzyme-linked Immunosorbent Assay,Elisa）方法检测小鼠脑内淀粉样蛋白的沉积情况和不同溶解度的Aβ聚集体的含量以及突触功能相关的SNAP25和VAMP2蛋白表达水平。研究结果:1、C3N与Aβ共孵育后,用ThT和点杂交实验检测到形成的淀粉样纤维含量下降,通过AFM、TEM观察到形成的聚集体形态发生变化,CD检测和MD模拟结果表明C3N改变Aβ的二级结构,Aβ不再形成原本的β-片层构象。2、Aβ寡聚体对神经元有很强的毒性作用,C3N预处理的Aβ寡聚体的神经毒性降低,对突触的损伤作用减弱。3、APP/PS1小鼠表现出学习记忆衰退、脑内老年斑沉积、突触损伤等典型AD表现,C3N给药组的小鼠的学习记忆能力得到显著提高,脑内老年斑的数量和面积显著减少,脑内不同溶解度的Aβ含量下降,突触功能相关的SNAP25和VAMP2蛋白表达含量升高。结论:C3N通过疏水、氢键、π-π、静电和范德华相互作用（其中,范德华作用起主导作用）将Aβ1-42肽链完全吸附到其表面,从而抑制Aβ的聚集进而减轻Aβ的神经毒性和保护突触结构完整。C3N可以显著降低APP/PS1小鼠脑内Aβ的含量,减少Aβ沉积,有效改善APP/PS1小鼠的学习和记忆能力。C3N表现出来的这种能力,使其成为一种潜在的AD防治药物。