靶向于β淀粉样蛋白的先导化合物筛选及其相互作用

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阿尔茨海默病(alzheimer disease, AD)是临床常见的痴呆类型,其主要病理改变为老年斑和神经元纤维缠结。β淀粉样蛋白级联反应假说是目前关于AD发病机制较为公认的学说,其基本观点认为,β淀粉样蛋白(amyloid beta, Aβ)的沉积、聚集是AD发病的始发因素,而其他病理特征如tau蛋白的高度磷酸化以及随后的神经元纤维缠结等都与Aβ沉积有关。因此,从理论上讲,若能找到有效且可靠的抑制Ap聚集的试剂或药物,将有可能减少由Aβ纤维导致的神经元变性及其他病理改变,从而抑制或阻止AD的病程发展。Aβ是一个含有40-42个氨基酸的多肽,为β淀粉样蛋白前体蛋白的水解产物。生理条件下Aβ是可溶的,而在病理状态下Aβ可在神经组织中形成致密纤维状的聚合体,成为不溶性的Aβ,并表现出神经毒性。研究表明,不同的Aβ片段如Aβ1-40和Aβ1-42具有不同的聚集特性,而且在不同的条件下合成的Aβ纤维结构不同提示了Aβ纤维的多形性真实存在,并已通过固态核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)等技术得以证明。因而,探索合适的实验环境,包括温度的影响对于研究Aβ的特点及靶向于Aβ的药物是十分必要的。本研究采用改良的等温滴定微量热(isothermal titration calorimetry, ITC)、圆二色谱(circular dichroism spectra, CD)和原子力显微镜(atomic force microscope, AFM)等方法观察了Aβ1-40和Aβ1-42在不同温度下静置、无搅拌状态下的聚集过程,确定了稳定的体外实验条件。在此基础上,利用表面等离子共振技术(surface plasmon resonance, SPR)对本课题组根据构效关系设计并合成的大量化合物进行了抗Aβ聚集活性的初步筛选,并以白藜芦醇(resveratrol, RES)为代表,对部分具有Aβ抗聚集活性的化合物进行了功能确定,最后拟通过脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)腹腔注射的方法建立ICR小鼠学习记忆障碍模型并研究RES对其影响。结果表明:1.4℃的实验温度持续24h,单体Aβ1-40和Aβ1-42均不发生热力学改变,而25℃和37℃条件下单体Aβ1-40和Aβ1-42静置24h内均显示吸热的热力学过程;结合CD及AFM的实验结果,提示4℃的实验温度下,单体Aβ1-40和Aβ142都不发生自我聚集,而在25℃和37℃的实验条件下,Aβ1-40和Ap1-42都出现了明显的热力学改变、二级结构改变和粒径大小的改变,表明25℃和37℃下Aβ1-40和Aβ1-42都可以发生自我聚集。2.利用表面等离子共振技术,首先证实了刚果红和硫黄素S可以与单体及纤维状Aβ1-40和Aβ1-42结合,提示表面等离子共振技术可以用于抗淀粉样蛋白聚集化合物的初步筛选。3.通过表面等离子共振技术,待选化合物中仅有部分能与单体或纤维状Ap结合,但结合能力比Congo Red弱。而且相同浓度下,不同化合物与Aβ的结合能力和其与fAβ的结合能力并不一致。这是否与其在聚集过程中存在二级结构改变从而暴露出不同的结合位点有关?还有待进一步研究证实。4.表面等离子共振技术证明,RES(1.56~100μM)能与单体及纤维状Aβ结合;50μM与单体Aβ共孵后,反应体系的硫黄素T荧光强度减弱;1H-NMR结果证实RES在与单体Aβ1-42或Aβ1-40共孵过程中存在波谱变化,其中与Aβ1-42共孵后在1.05ppm和1.72ppm处出现新峰,而与Aβ1-40共孵后则使1.17ppm处的两个峰消失,原子力显微镜进一步证实共孵可使Aβ1-40和Aβ1-42自我聚集后的粒径变小。提示RES能与单体Aβ1-40和Aβ1-42结合,干扰其自我聚集过程。5.AD人脑连续切片体外染色结果显示,RES(10-4M)体外滴染可与脑片中的老年斑结合。6.LPS(250μg/kg)单次腹腔注射不能诱导ICR小鼠在Morris水迷宫试验中表现出学习记忆能力损伤,RES(10mg/kg)灌胃给药21天对ICR小鼠在Morris水迷宫中的表现无明显影响。但是,本研究结果提示ICR小鼠能完成Morris水迷宫实验任务,并存在性别差异,表现为雌性ICR小鼠在学习期找到逃生平台的潜伏期低于雄性小鼠,记忆期则在目标象限的停留时间高于雄性小鼠。本研究结果提示,25℃可用于纤维状Aβ1-40和Aβl-42的体外实验;SPR方法可有效筛选抗Aβ聚集化合物;RES可干扰AD1-40和Aβ1-42的自我聚集过程并与老年斑结合,但其对与Ap相关的学习记忆能力的影响有待进一步研究;ICR小鼠可用于Morris水迷宫实验并且表现出性别差异。
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