金属－Aβ肽均一分布聚集体与神经细胞膜的相互作用及机理研究

阿尔茨海默病 (AD) 是严重威胁人类健康的神经退行性疾病，阐明其分子机理，是治本治疗的基础。淀粉样β肽 (Aβ) 是AD病理研究的中心分子之一，研究发现其扩散性聚集体可能是主要的神经毒性物种，同时金属离子(Cu2+、Zn2+等)是诱导其聚集和介导其神经毒性的关键因素之一。本项目拟在有控制备聚集度分布均一的金属－Aβ复合聚集体(复聚体)的基础上，研究不同聚集度的稳定复聚体与神经细胞膜的相互作用。通过研究复聚体对离子通道、胞内钙浓度和示踪分子的通透性的影响，结合分子模拟方法对复聚体的通道组装及离子转运机理的研究，确定金属－Aβ复聚体的主要毒性物种并阐明其作用于细胞膜的毒性机理，为研发新型靶向性药物提供基础。

阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）是一种对中枢神经系统具有毁灭性危害的神经退行性疾病，是导致老年痴呆的最常见的病因。随着人口的高龄化，AD患者的数量正在急剧上升，目前已经成为继心脏病、肿瘤和中风之后的第四位死亡病因。我国正在步入老龄化社会，该病的严重危害将日益凸显出来。阐明AD发病的分子机理，是发展有效的治疗方法的前提，具有极为重要的科学和现实意义。老年斑和神经纤维缠结是AD的两大病理标志。老年斑的主要成分是beta—淀粉样多肽(beta-amyloid peptide，Abeta)，在AD的致病病理中发挥着中心作用。此外，在淀粉样斑中与Abeta共沉积着浓度异常增高的Cu、Zn、Fe等过渡金属离子，这些金属离子与Abeta的相互作用是AD发病过程的重要环节。近年来，越来越多的证据表明，胞内和胞外的“Abeta库”（Abeta pools）之间存在着动态交换，胞外的Abeta沉淀是一个动态结构，可以释放出Abeta，并与神经细胞发生作用，进入胞内，引发一系列病理过程。Aβ与神经细胞的作用模式及其相关的神经毒理是以Abeta为中心的AD分子致病机理研究的关键问题之一，然而，这一问题迄今仍未阐明。本项目根据AD领域的最新研究进展和发展动向，对Abeta进行荧光标记，主要利用激光共聚焦荧光显微镜，并联合运用多种荧光探针，在活细胞水平上实时观察Abeta与神经细胞的相互作用，以及Abeta-金属离子的神经毒性效应。主要结果如下：1）观察到Abeta寡聚体能够从胞外通过胞吞作用进入胞内，捕获到Abeta寡聚体被细胞吞入的关键时刻，以及在细胞膜上形成的“环形内陷结构”。2）研究了Abeta寡聚体对膜的完整性的影响。发现Abeta寡聚体不在细胞膜内驻留，并且Abeta寡聚体从胞外进入胞内，也不影响细胞膜的完整性。3）进入胞内的Abeta寡聚体呈散点模式分布于胞内空间，并进入到细胞器内，大部分进入溶酶体内，小部分进入线粒体内。4）观察研究了细胞内Abeta寡聚体的存在形态，发现进入胞内的Abeta寡聚体是无定形结构，不具有淀粉样斑块的典型beta-sheet结构。5）进入胞内的Abeta寡聚体能够诱导活性氧物种ROS的显著增生。6）铜离子能够强化Abeta的ROS诱导能力，显示出Abeta-金属离子的协同毒理机制。