刘阳：新型纳米材料干扰β-淀粉样蛋白寡聚体形成并促进小胶质细胞介导清除

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阿尔兹海默症（Alzheimer disease，AD）是一种世界上常见的神经退行性疾病，它常发病于65岁以上的老年人。目前全球有AD患者约3560万，随着全球人口的不断老龄化，预计到本世纪中叶全球AD患者将超过1亿。然而，当前面临的严峻问题是针对上述疾病尚无有效的预防和治疗方法。现有的研究及临床结果表明，AD患者脑部都有这样一个共性——他们或先天或受后天环境影响，使一种名为β-淀粉样蛋白（Aβ）的跨膜蛋白质在脑内异常沉积，俗称老年斑。此现象的直接原因是β-淀粉样蛋白的有序聚集，本质原因是上述蛋白的代谢紊乱（包括过度表达和清除障碍）。正是这些聚集态的淀粉样蛋白（尤其是其寡聚体）在脑内的长期存在，导致神经元突出功能丧失，产生持续的神经毒性效应。

近日，南开大学刘阳研究员与天津医科大学康春生教授合作在国际知名学术期刊Nano Letters（DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b03644）上发表文章，提出了一种新型的纳米复合材料（NC-KLVFF），可有效清除Aβ毒性寡聚体，并减轻Aβ诱导的AD小鼠的神经毒性。该纳米复合材料为表面集成有Aβ捕捉肽（KLVFF）的小粒径纳米颗粒（14 ± 4nm）。这种纳米复合材料将KLVFF通过原位聚合交联在血清蛋白质分子表面，与Aβ共培养可显著改变Aβ寡聚体的形貌，进而形成Aβ/NC-KLVFF纳米团簇而不是Aβ寡聚体。随着病理性Aβ寡聚体的减少，纳米复合材料减轻了Aβ诱导的神经元损伤，并恢复了脑内小胶质细胞吞噬Aβ的能力，最终保护了海马神经元免受凋亡。
研究人员首先对纳米复合物NC-KLVFF在抑制寡聚体形成方面进行了详细研究和表征。将Aβ单体与NC-KLVFF体外共培养7天后，通过透射电镜可看出，相比于其他对照组，寡聚体的形貌发生了显著变化，并形成大量Aβ/NC-KLVFF纳米团簇，且无纤维产生。为确定Aβ/NC-KLVFF纳米团簇的组分，Aβ和NC-KLVFF分别标记绿色荧光染料FITC与红色荧光染料RhB，通过共定位荧光成像发现绿色和红色荧光具有良好重叠。利用特异性识别Aβ寡聚体的抗体进行斑点杂交，其实验结果更有力地证明在NC-KLVFF存在时，溶液中寡聚体的含量显著减少。此外，NC-KLVFF在解聚细小Aβ纤维方面也有不俗表现。
接下来，研究人员考察了NC-KLVFF在减轻神经毒性和促进小胶质细胞清除方面的作用。实验结果表明NC-KLVFF通过与Aβ作用形成纳米团簇体，显著减轻了Aβ对神经元细胞膜的黏附，进而减小了对神经元的损伤。在小胶质细胞对Aβ的吞噬实验中，也观察到Aβ/NC-KLVFF纳米团簇体展现出更易被内在化的特点。这可能归结于细胞炎性环境的改变，寡聚体能够刺激小胶质细胞分泌大量炎性因子（如TNF-α），进而下调清道夫受体SRA和CD36的表达，而这两类受体在清除Aβ的过程中扮演着重要角色。NC-KLVFF减少了寡聚体的形成，通过改善细胞炎性，上调受体表达，恢复了小胶质细胞的清除能力。
体内实验进一步证实了上述结果，海马回HE染色可看出（尤其是齿状回），与阳性对照相比（Aβ + PBS），加入NC-KLVFF后神经元的损伤凋亡程度显著减轻。免疫组化（IHC）的Aβ指标和TNF-α指标也大大降低。这些体外/体内实验结果均表明，使用NC-KLVFF可以干扰Aβ蛋白寡聚体形成，减轻毒性寡聚体对神经元细胞的黏附并促进小胶质细胞介导清除，最终保护海马回神经元的活性，有望为AD治疗提供新的策略与思路。