针对阿尔茨海默病中Aβ42靶点的天然药物及其分子机制的研究

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阿尔茨海默病(AD)是一种以记忆和认知功能障碍为主要症状多发于老年群体的神经退行性疾病,发病后较难治愈,AD主要的病理学特征包括脑神经元外出现的β淀粉样蛋白(Aβ)的沉积和其进一步形成的老年斑(SP),细胞内过度磷酸化的Tau蛋白导致的神经纤维缠结和神经元的营养坏死等。很多证据表明Aβ42可溶性的寡聚体的神经毒性最强,很可能是AD发病的关键因素。如何安全而有效地阻止甚至清除Aβ42毒性肽被认为是预防和治疗AD的有效方法。本论文以Aβ42的寡聚体作为AD的靶点,旨在寻找能够抑制Aβ42的寡聚体神经毒性并可以真正通过血脑屏障在体内产生治疗AD效果的天然药物,并尝试对其作用机制进行初步的研究和探讨。本论文首先总结分析并筛选了中医用于治疗AD的中药,综合近年来对AD致病机理的研究,筛选出肉苁蓉、淫羊藿、石菖蒲、茯苓、黄芪、何首乌、红景天、远志、绞股蓝、天麻、当归、苦参、熟地黄、蛇床子、益智仁、女贞子共16味中药材作为具有潜在治疗阿尔茨海默病的天然药物,通过高通量筛选,确定了十种具有抗Aβ42寡聚体神经毒性的提取物,并锁定了10种可能对Aβ42的细胞毒性有抑制作用的化合物,再根据所选化合物与AD治疗相关的文献报道,基于提取物中有效成分的浓度,透过血脑屏障所需的化合物的物理化学性质的考虑,最终确定了两种单体化合物:阿魏酸(样品A)和苦参碱(样品B)作为潜在具有抗Aβ42细胞毒性的目标化合物,在体外通过构建具有神经细胞特性的SH-SY5Y细胞的AD细胞模型,进一步在细胞水平上和分子水平上检测这两种单体化合物对Aβ42聚集的影响和变化,同时在分子水平上对这两种单体化合物抑制Aβ42毒性的作用机理进行初步的探讨。本论文在体外检测了样品A和B对Aβ42诱导的细胞毒性的抑制作用,结果显示:以SH-SY5Y细胞为靶细胞,样品A表现出抑制Aβ42单体及寡聚体诱导的细胞毒性的作用;PC12细胞和SH-SY5Y细胞为靶细胞,样品B均表现出抑制Aβ42单体及寡聚体诱导的细胞毒性的作用,结果表明样品A和B均具有抗Aβ42的神经保护作用。进一步通过CD色谱的手段研究样品A与Aβ42的相互作用我们发现样品A可以抑制Aβ42单体中β折叠结构的形成,但当Aβ42形成寡聚体后,样品A却反而促进了Aβ42寡聚体中β折叠结构的形成,而样品B则均可抑制Aβ42单体和寡聚体聚集形成β折叠。随后通过透射电镜的观察样品A和B对Aβ42聚集形态的影响结果和Th-T荧光染色检测样品A和B对Aβ42聚集程度的影响的结果均与CD色谱结果相符合,证实了样品A可以抑制Aβ42单体的聚集,但是却可以促进Aβ42寡聚体的聚集的特性。而样品B则可以抑制Aβ42单体和寡聚体的聚集。接下来通过样品A和B对Aβ42不同聚集状态的特异性研究我们发现样品A和样品B对Aβ42单体,寡聚体和纤维三种聚集状态均有特异性,样品A对Aβ42寡聚体的特异性最低,而样品B对Aβ42单体的特异性最低。由于AD的病灶在脑内,所以药物是否可以有效的通过血脑屏障发挥作用是我们所必须优先考虑的重要因素。因此在接下来的实验我们检测了样品A和B对SH-SH5Y细胞膜的透过效率,结果显示样品A对SH-SH5Y细胞的细胞膜具有一定的透过性。而在对样品B进行小鼠灌胃后的初步研究中我们在灌胃小鼠的脑匀浆提取物中检测到了样品B的存在,确定了样品B可以通过血脑屏障而进入脑内;而通过MTT实验我们在体外证实了在体内代谢后的样品B仍然可以对Aβ42寡聚体诱导的细胞毒性产生抑制作用。通过分析样品A和样品B对Aβ42的二级结构变化,聚集形态变化和特异性等多方面的影响后我们最终确定了样品A和样品B对Aβ42是有相互作用的,而且通过这种相互作用样品A和样品B可以改变Aβ42的聚集状态,最终抑制Aβ42的诱导的神经毒性,那这种相互作用的分子机制是什么?我们运用分子对接的方法对样品A和B与Aβ42单体的相互作用进行了模拟,分子对接的结果显示样品A和样品B分别都能够与Aβ42单体产生相互作用,作用位点相似,而作用机制不同,样品A主要通过氢键与Aβ42相互作用,而样品B则依靠静电相互作用与Aβ42相结合。综上所述,本论文通过对筛选后得到的两种天然单体化合物阿魏酸(样品A)和苦参碱(样品B)与AD的靶点Aβ42寡聚体的相互作用的研究,确定了样品A和样品B均可以通过抑制或促进Aβ42的聚集使其远离最具神经毒性的Aβ42寡聚体结构形式,起到抑制Aβ42的神经毒性,保护神经细胞的作用;此外我们还发现,样品A可以抑制Aβ42单体的聚集,但却促进Aβ42寡聚体的聚集,而动物实验证实了样品B可以通过血脑屏障进入脑内并在体内代谢后仍然可以对Aβ42寡聚体诱导的细胞毒性产生抑制作用。初步的分子对接模拟结果也展示了样品A和B针对Aβ42单体不同的作用机制和相似的作用位点,这些实验结果都为进一步的研发治疗AD的药物提供了新的实验依据和参考。
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