分子模拟研究铜、锌与Aβ肽相互作用中的竞争取代效应

以分子模拟方法研究了与Aβ肽相互作用中铜、锌两种金属离子竞争取代的可能机理. 结果表明, 锌离子不能竞争取代准螺旋配合物[Cu-H13(Nπ)-Y10(OH)], 不影响其聚集抑制作用; 配合物[Zn-H14(Nτ)-V12(CO)]和[Zn-H13(Nτ)-E11(CO)]中的锌离子能被铜离子所取代, 配合物构象无明显变化. 另外, 铜离子还能取代简单桥联模式[H13(Nτ)-Zn-H14(Nτ)]中的锌离子.     

分子模拟法研究锌离子在Aβ多肽聚合过程中的键合模式

脑部淀粉样β多肽(Aβ)的纤维化沉积是阿尔茨海默病主要的病理特征之一. 体外实验发现在生理浓度条件下锌离子有很强的诱导Aβ聚合的能力. 为了探讨锌离子的诱导机理, 文中通过分子模拟方法研究了在不同环境下锌离子和Aβ(10-21)的键合模式. 首先分别建立了由1, 2, 4, 12条Aβ多肽组成的不同聚合状态的分子体系, 然后在参照大量实验结果的基础上将锌离子有选择地放置在Aβ多肽的不同位置, 同时考虑锌离子配位数为2和4两种配位情况, 最后通过对结合体系进行能量最小化来寻找锌离子在Aβ多肽上的最佳键合位点. 计算结果显示在可溶键合模式中, 锌离子被包容在由组氨酸残基His14的咪唑Nτ、多肽主链上的羰基氧以及两个水分子氧形 成的四面体络合物中; 在纤维化过程中, 锌离子可能通过His13(Nτ)-Zn²⁺-His14(Nτ)桥键将相邻的、不同Aβ多肽交叉连接形成纤维束. 以上结果将对实验揭示锌离子参与下Aβ多肽的变构以及斑点核形成过程提供有益的启发, 并对在分子水平上研究阿尔茨海默病机理具有切实意义.     

Z_(Aβ3)和Aβ_(16–40)亲和作用的分子机理解析

淀粉样多肽(amyloid-βpeptide,Aβ)聚集是引起阿尔兹海默症(Alzheimer's disease,AD)的主要原因。开发Aβ聚集抑制剂是治疗AD的最有效手段之一。利用噬菌体展示技术筛选出来的Z_(Aβ3)蛋白质能够有效抑制Aβ聚集,但Z_(Aβ3)和Aβ之间的作用区域和关键氨基酸残基尚不清楚。针对此问题,本研究利用分子动力学模拟、MM-PBSA自由能计算和分解方法研究了Z_(Aβ3)-Aβ_(16–40)复合物之间的相互作用机制。结果表明,Z_(Aβ3)的β-股和Aβ_(16–40)之间的亲和作用占主导,而Z_(Aβ3)的α-螺旋贡献很小。利用分子力学-帕松波尔茨曼溶剂可及化表面积方法(MM-PBSA)自由能分解发现Z_(Aβ3)的热点残基为E15、I16、V17、Y18、L19、P20、N21和L22,而Aβ_(16–40)的热点残基为F19、F20、A21、E22、D23、K28、I31、I32、G33、L34、M35、V36、G38和V40。Z_(Aβ3)通过将发夹型Aβ单体包埋在α-螺旋围成的疏水性腔体内来阻碍Aβ聚集。这种结合模式为设计高效的Aβ蛋白质类抑制剂提供了三个基本要素:高亲和性的结合片段(β-股)、附属结构(α-螺旋)和通过二硫键形成的稳定构象。高亲和性结合片段能竞争性地与Aβ单体结合,附属结构α-螺旋可以阻碍其它Aβ单体靠近,而稳定的构象是上述两种要素发挥作用的基础,三者协同作用可以有效地抑制Aβ聚集。     

金属与淀粉样β肽的相互作用: 阿尔茨海默症的分子机制初探

从金属-淀粉样b肽(Amyloid-β peptide, Aβ)相互作用的角度评述了锌、铜等金属离子诱导Ab聚集、催化产生活性氧物种, 以及与Ab的类离子通道结构相互作用等的分子机理, 并简要介绍了基于这一机理的治疗药物研究. 阿尔茨海默症(AD)分子机理研究的迅猛进展, 使人们看到了最终制服AD的一线曙光.     

二价铜离子对人胰岛淀粉样蛋白(hIAPP)(11～28)多肽聚集的影响

人胰岛淀粉样蛋白(hIAPP)与Ⅱ型糖尿病(T2DM)密切相关,被认为是导致胰岛β细胞凋亡的致病因素之一,研究发现环境因素(如金属离子、pH值和温度等)对hIAPP的聚集过程有很大影响。本文采用多种生物物理的实验方法,研究了二价铜离子对hIAPP及其片段聚集的影响。原子力显微镜(AFM)和硫代黄素T(ThT)荧光的测量表明,铜离子能够明显地抑制hIAPP(11~28)聚集成纤维,其抑制程度随铜离子浓度的增加而明显加剧。显微傅里叶变换红外光谱(Micro-FTIR)的结果表明,铜离子能够抑制hIAPP多肽中α螺旋结构向β折叠的转变。另外,氨基酸定点突变实验结果表明,hIAPP(11~28)中的组氨酸(His18)可能对多肽的聚集行为和金属铜离子的相互作用起到了决定性的影响。     

截短与修饰的β-淀粉样蛋白与阿尔茨海默病

β-淀粉样蛋白(Aβ)的聚集和沉积被认为是导致阿尔茨海默病的重要因素,早前的研究多集中在全长无修饰的Aβ_1-40和Aβ_1-42上。近些年研究发现,在AD患者大脑内存在着多种截短与修饰的Aβ蛋白,它们对AD的疾病进程有不可忽视的贡献。例如,焦谷氨酸Aβ、磷酸化Aβ被认为是AD患者出现症状的标志;截短的Aβ_4-40/42在患者脑内的含量与Aβ_1-40/42接近且具有类似的聚集性质和毒性;患者脑内氧化压力升高导致的酪氨酸硝基化、二聚化和甲硫氨酸氧化形式的Aβ也具有不同的性质。本文对这些截短与修饰的Aβ蛋白的产生、结构、毒性以及和AD的关联进行了综述。     

基于多重弱相互作用的Aβ聚集抑制剂研究

阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease,AD)是一种神经退行性疾病,是老年痴呆最常见的一种形式,它具有不可治愈性、进行性以及致命性.目前对AD发病机制尚无定论,但普遍认为AD的发生与脑中β淀粉样肽(amyloidβ,Aβ)的聚集累积以及由金属离子富集导致的氧化应激效应有关.在我们的工作中,首先通过拓展Aβ识别片段,利用多重弱相互作用,采用计算机模拟设计并筛选出新型Aβ聚集抑制肽(RR),该抑制肽具有高效、低毒以及无自聚等优点;之后,在RR中引入具有Cu离子螯合能力的GGH寡肽片段,使之同时具有抑制Aβ聚集以及活氧物质(ROS)生成的能力.通过解聚Aβ或Aβ-Cu复合物成熟纤维,可促进脑内Aβ聚集体的细胞胞吞清除,有可能达到治疗AD的效果,并在体内外实验中进行了验证.综上我们认为,计算机模拟法是一种更高效准确地筛选药物分子的方式,而利用多重弱相互作用设计Aβ聚集抑制剂是行之有效的,该方法不仅适用于AD相关疾病的研究,也可为其他蛋白质及多肽相关疾病提供一种新的研究思路.     

阿尔茨海默病相关的金属内稳态平衡调控研究

阿尔茨海默病(AD),俗称老年痴呆症,是一种老年神经退行性疾病,其病理特征为脑神经细胞间隙的老年斑(senile plaques,SP)、神经细胞内的神经纤维缠结(neurofibrillary tangles,NFTs)、神经元数量减少和颗粒空泡变性。尽管AD的发病机理十分复杂,但是淀粉样多肽(Aβ)、淀粉样前体蛋白(APP)、金属硫蛋白-3(MT3)及其所参与调节的金属离子内稳态平衡与AD的发生发展有着密切的联系。过渡金属离子如铜和锌,在人体正常的生理过程中发挥着重要的作用,而在阿尔茨海默病患者的大脑内,金属内稳态失衡可能是阿尔茨海默病的主要诱因之一。金属内稳态的失衡会影响淀粉样多肽的聚集以及活性氧物种(ROS)的产生,进而产生细胞毒性;而金属硫蛋白-3(MT3)参与调节大脑金属稳态平衡,具有解聚淀粉样多肽,降低神经细胞毒性的作用。本文综述了大脑过渡金属铜、锌、铁稳态平衡及其调控机制有关的研究进展。     

3种改性小分子对不同Aβ42纤维结构稳定性的影响机制研究

淀粉样蛋白(Aβ)的错误聚集是阿尔茨海默症(AD)的关键病理诱发因素,主要通过Aβ的自聚集和金属离子诱导聚集两种方式实现.实验结果表明,食用樱桃红(ER)、丹参酮(TS)、氯碘喹啉(CQ)在不同程度上都能起到抑制淀粉样蛋白聚集的作用,但其作用机制大不相同.将ER,TS和CQ分子结构进行两两重组,获得3种新的活性分子,使其兼具金属螯合、旋转键及N-末端区域(NR)结合的复合优势.结果发现,改性分子对不同Aβ42聚集体的作用各异.有的改性小分子对纤维起到解聚集的效果,而有的则增加纤维的稳定性;有的小分子对一种纤维结构起到解聚集的效果,而对另一种则起到稳定的作用.并发现尽管小分子的负电基团与同带负电的Aβ纤维有很强的排斥作用,但其对某些构型依然有解聚集的效果.     

γ-分泌酶抑制剂研究进展

阿尔茨海默病(AD)是老年人常见的神经系统变性疾病.近来研究认为阿尔茨海默病的产生主要起因于β淀粉样蛋白(β-amyloid,Aβ)在大脑内的沉积,而由γ-分泌酶切割β淀粉样前体蛋白产生的疏水性Aβ42是形成Aβ的主要原因,γ-分泌酶是防治阿尔茨海默病很有潜力的靶点.本文就Aβ的形成、γ-分泌酶的生物学研究以及目前γ-分泌酶抑制剂的研究进展作一综述.     

Aβ40和hIAPP在溶液和表面的成核与交叉成核聚集行为

阿尔茨海默氏病(AD)和2型糖尿病(T2DM)是常见的由蛋白质错误折叠引起的疾病，作为与此二者相关的致病蛋白，淀粉样β蛋白(Aβ)和人胰岛淀粉样多肽(hIAPP)的交叉聚集行为暗示了AD和T2DM的相关性。然而，Aβ和hIAPP在体内的交叉聚集过程尚不明确。为了更好地模拟体内环境特征，即同时存在不同形式的淀粉样蛋白聚集体，且少量的聚集体附着在血管壁上会成为聚集过程的种子，本文以硫代黄素T荧光测定，原子力显微镜，圆二色光谱，石英晶体微天平以及MTT法作为研究手段，探究了Aβ和hIAPP在溶液和固体表面的成核与交叉成核聚集行为。结果表明，少量的Aβ40和hIAPP种子(单体浓度的1/50)即可显著改变异源聚集的聚集路径，形成具有不同形态且含有更多β-折叠结构的异源聚集体，导致更高的细胞毒性。溶液和固体表面上的结果均证明异源成核聚集效率低于同源聚集，且异源聚集的特征很大程度上取决于种子类型。此外，不同于溶液中所得结果，hIAPP种子在固体表面的交叉成核聚集效率显著高于Aβ40种子，证明了界面性质对交叉聚集过程的影响。这些结论对于理解淀粉样蛋白交叉聚集过程具有重要意义。     

Aβ40和hIAPP在溶液和表面的成核与交叉成核聚集行为（英文）

阿尔茨海默氏病(AD)和2型糖尿病(T2DM)是常见的由蛋白质错误折叠引起的疾病,作为与此二者相关的致病蛋白,淀粉样β蛋白(Aβ)和人胰岛淀粉样多肽(h IAPP)的交叉聚集行为暗示了AD和T2DM的相关性。然而,Aβ和h IAPP在体内的交叉聚集过程尚不明确。为了更好地模拟体内环境特征,即同时存在不同形式的淀粉样蛋白聚集体,且少量的聚集体附着在血管壁上会成为聚集过程的种子,本文以硫代黄素T荧光测定,原子力显微镜,圆二色光谱,石英晶体微天平以及MTT法作为研究手段,探究了Aβ和h IAPP在溶液和固体表面的成核与交叉成核聚集行为。结果表明,少量的Aβ40和h IAPP种子(单体浓度的1/50)即可显著改变异源聚集的聚集路径,形成具有不同形态且含有更多β-折叠结构的异源聚集体,导致更高的细胞毒性。溶液和固体表面上的结果均证明异源成核聚集效率低于同源聚集,且异源聚集的特征很大程度上取决于种子类型。此外,不同于溶液中所得结果,h IAPP种子在固体表面的交叉成核聚集效率显著高于Aβ40种子,证明了界面性质对交叉聚集过程的影响。这些结论对于理解淀粉样蛋白交叉聚集过程具有重要意义。     

稀土氧化物对二次锌电极性能的影响

应用阴极极化法在锌电极上覆盖一层稀土氢氧化物膜La(OH)3或Ce(OH)3,并用循环伏安、动电位极化、定电位阴极极化实验研究其电化学性能.结果表明,La(OH)3或Ce(OH)3膜能抑制锌酸根离子的迁移,提高析氢过电位,降低腐蚀电流密度并能抑制枝晶生长.SEM观测显示,稀土氧化物La2O3或CeO2改变了锌沉积形态,进而提高了锌酸钙电极的充放电循环性能.     

γ-分泌酶抑制剂研究进展

阿尔茨海默病(AD)是老年人常见的神经系统变性疾病。近来研究认为阿尔茨海默病的产生主要起因于β淀粉样蛋白(β-amyloid,Aβ)在大脑内的沉积,而由γ-分泌酶切割β淀粉样前体蛋白产生的疏水性Aβ42是形成Aβ的主要原因,γ-分泌酶是防治阿尔茨海默病很有潜力的靶点。本文就Aβ的形成、γ-分泌酶的生物学研究以及目前γ-分泌酶抑制剂的研究进展作一综述。     

阿尔茨海默症:铝与淀粉样-β肽相互作用

阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease,AD)的主要病理特征是淀粉样斑和神经纤维缠结。这些病理特征与金属-淀粉样β肽(Amyloid-βpeptide,Aβ)相互作用有关。本文综述Aβ肽的形成、金属铝(Al)的生理作用以及Al与Aβ肽的相互作用机制,探讨Al与Aβ相互作用可能引起AD病变的机理,并在此基础上总结通过阻断Aβ-Al相互作用而治疗AD药物方面的研究进展。     

聚金属氧酸盐在阿尔兹海默症治疗中的新进展

从聚金属氧酸盐(POMs)对β-淀粉样蛋白(Aβ)聚集的调控作用、 水解及光动力治疗等方面介绍其在阿尔兹海默症(AD)治疗中的最新研究进展, 为进一步研究POMs抗AD药物活性提供了参考.     

Aβ-binding molecules: Possible application as imaging probes and as anti-aggregation agents

As amyloid β (Aβ) is at the centre of pathogenesis of Alzheimer's disease (AD), Aβ aggregate-specific probes for in vivo studies of Aβ are potentially important for the early diagnosis and the assessment of new treatment strategies in the AD brain by noninvasive imaging. Several series of compounds derived from Congo red (CR) and Thioflavin T (ThT) have been evaluated as potential probes for the Aβ imaging. They include a diversity of core structures contributing to their affinities to Aβ. Small-molecule inhibi- tors were known to inhibit the formation of Aβ oligomers and fibrils. This inhibition has to be performed in such a way that these inhibitors bind to Aβ in the binding channel where Aβ-binding probes should sit. Therefore, several of them were used as novel core structures to develop Aβ probes, with their de- rivatives exhibiting good Aβ affinities. This approach will facilitate the design of a variety of candidates for Aβ probe molecules and anti-aggregation-therapeutic drugs. Moreover, the finding of Aβ probes with diverse core structures recognized by binding sites on Aβs will likely provide a promising per- spective for the design of 99mTc-labeled probe-derived molecules.     

Metal-amyloid-β peptide interactions: a preliminary investigation of molecular mechanisms for Alzheimer''''s disease

Although humans have spent exactly 100 years combating Alzheimer's disease (AD), the molecular mechanisms of AD remain unclear. Owing to the rapid growth of the oldest age groups of the population and the continuous increase of the incidence of AD, it has become one of the crucial problems to modern sciences. It would be impossible to prevent or reverse AD at the root without elucidating its molecular mechanisms. From the point of view of metal-amyloid-β peptide (Aβ) interactions, we review the molecular mechanisms of AD, mainly including Cu2 and Zn2 inducing the aggregation of Aβ, catalysing the production of active oxygen species from Aβ, as well as interacting with the ion-channel-like structures of Aβ. Moreover, the development of therapeutic drugs on the basis of metal-Aβ interactions is also briefly introduced. With the increasingly rapid progress of the molecular mechanisms of AD, we are now entering a new dawn that promises the delivery of revolutionary developments for the control of dementias.     

8-氨基喹啉类铜离子螯合剂的合成及螯合选择性研究

阿尔茨海默(AD)脑内氧化还原活性金属离子稳态失衡,尤其是铜离子的稳态失衡,是引起氧化应激,从而导致AD脑内氧化损伤的重要原因.为了开发选择性的铜离子螯合剂,以开发抑制AD氧化应激先导化合物,以2-甲基-8-硝基喹啉为原料,经过硝基还原、C2位氧化(官能团化)、还原胺化、加成等反应合成了具有四配位螯合作用的喹啉衍生物.通过调节侧链的长度及配位原子的位置,对化合物的络合能力、对Cu(II)和Zn(II)的选择性进行了研究.其中,TDMQ29对铜离子有特异选择性, log Kapp[CuII-TDMQ29]为15.7,而log Kapp[ZnII-TDMQ29]为5.8,对铜离子的络合常数比对锌离子的络合常数高出10个数量级.     

三种新型铜配合物的合成、结构及理论计算

合成了一个柔性配体1,3-二(N-咪唑基甲基)苯(mbix)(1), 并将其与不同Cu盐组装, 得到3个新配合物[Cu(mbix)2(H2O)]·2NO3·CH3OH(2), [Cu(mbix)(N3)(OAc)]·CH3OH(3)和[Cu(mbix)2]·SiF6·2CH3OH(4), 并对其进行了元素分析、红外光谱及X 射线单晶结构分析表征. 配合物2拥有二维二重贯穿结构, 配合物3中两个铜离子通过两个叠氮酸根桥连成双核铜, 它再通过配体连接形成一维绞链状结构, 而配合物4通过配体桥联成一维无限链状结构. 结果显示, 平衡阴离子在配合物的组装过程中起着非常重要的作用. 此外还对配体及3个配合物中配体的构象进行了理论计算.