基于聚金属氧酸盐对Amyloid蛋白的定点化学修饰及其在阿尔茨海默症治疗中的应用
批准号:
22077118
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
高楠
依托单位:
学科分类:
生物分子的化学生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
高楠
中文摘要
阿尔茨海默症(AD)是现代社会中人类健康的第四大杀手。过量β-淀粉样蛋白Amyloid (Aβ)的产生和聚集在发病过程中起着核心作用。尽管目前已报道了大量的抑制剂用于抑制Aβ的聚集,但是抑制剂只能改变未聚集与聚集蛋白之间的比例,不能从根本上减少病变蛋白的总量。而在生物体内,蛋白质的功能可以通过翻译后修饰(PTM)迅速改变。与使用抑制剂相比,PTM可以在不改变氨基酸序列的情况下影响蛋白质的聚集。受此启发,如果可以将Aβ靶向抑制剂利用特定的化学方法定点修饰在Aβ蛋白指定氨基酸上,模拟蛋白的翻译后修饰,那么就可以实现对Aβ蛋白聚集的有效抑制。基于此,本项目拟利用Aβ抑制剂,聚金属氧酸盐(POMs),在保持POMs原有的优异性基础上,改造其结构,理性设计、合成系列对Aβ蛋白具有特定氨基酸位点修饰功能的新型AD治疗试剂,为有效抑制Aβ蛋白聚集提供新途径。
英文摘要
Alzheimer’s disease (AD) is the most common form of dementia, which affects more than 24 million people worldwide. Although the molecular mechanisms of AD pathogenesis are not clearly understood owing to its complexity, recent advances have demonstrated that the polymerization of amyloid β-peptides (Aβ) into amyloid fibrils is crucial. As a therapeutic strategy to alleviate Aβ-induced neurotoxicity, the first step was to decrease the amount of Aβ assembly in the brain. One way to decrease the amount of Aβ assembly is by Aβ inhibitors. However, the use of inhibitors is just a “passive treatment”, which can just change the ratio between Aβ monomers and Aβ aggregates, not decrease the amount of total Aβ. When Aβ is over expressed in AD patients, the requirement of inhibitor is increasing consecutively, which may cause other unpredictable symptoms. In organisms, the functions of proteins can be changed rapidly through posttranslational modification (PTM), which has unique advantages in the field of disease treatment. Comparing to the use of inhibitors, changing PTM can quickly shut down the pathogenic function of proteins without changing the amino acids sequences. Inspired by the natural PTM, the widely reported Aβ inhibitor, polyoxometalates (POMs), will be taken as the research object. On the basis of maintaining the original excellent properties of POMs, we will rationally design and synthesize a series of Aβ specific "chemical post translation modifiers", which will hopefully obtain better therapeutic effect of AD. At the same time, it also provides a new way for the research of using inorganic compounds to regulate the function of biomolecules.
阿尔兹海默症(Alzheimer's disease,AD)俗称老年痴呆,是老年人群中最常见的慢性神经退行性疾病。其早期临床表现为记忆障碍,随着病情的发展,患者继而出现语言障碍、情绪紊乱、运动障碍、视空间技能损害甚至人格和行为改变等神经精神症状,严重影响社交、职业与生活,逐渐丧失自理能力,并使身体机能逐渐丧失,最终导致死亡。. 截止到2023年底,全世界大概有5500万人遭受着AD的困扰,其中我国登记在册的患者数量已经突破了1500万,绝对数量居于世界首位。因此在2024年12月31日,国家卫生健康委等15个部门关于联合印发《应对老年期痴呆国家行动计划(2024-2030年)》的通知,这表明AD患者已经成为社会和家庭的严重负担。因此,寻找这个疾病的治疗手段已经刻不容缓。. 到目前为止,AD的确切发病机制还没有完全研究清楚,研究人员为此也提出了多种致病机理假说。截止目前淀粉样蛋白级联假说 (amyloid cascade hypothesis)仍然占据着主流地位,因为AD的重要病理特征是患者脑内细胞外的老年斑沉积(senile plaques, SP),而SP主要就是由β-淀粉样蛋白(β-amyloid, Aβ)聚集而成的。因此,抑制Aβ的聚集仍然被认为是预防和早期治疗AD的重要策略。. 但是抑制剂改变的只是未聚集与聚集蛋白之间的比例,不能减少蛋白的总量,这也是抑制剂本质上的缺陷。而在生物体内,蛋白质的功能可以通过翻译后修饰(PTM)迅速改变。因此我们以之前报道过的优秀Aβ抑制剂聚金属氧酸盐(Polyoxometalates, POMs)为母体,通过化学合成的手段引入一个羧基基团,随后利用四氢噻唑硫醇将羧基活化,制备出能够对赖氨酸侧链氨基进行选择性连接的POM-TZ化合物。实验结果显示,Wells-Dawson型POM修饰后的效果最好(POMD-TZ)。POMD-TZ化合物中的POM结构对Aβ蛋白中的HHQK区域存在着明显的识别作用,这也使得POMD-TZ可以实现对Lys16位氨基酸的选择性共价修饰,而被POMD-TZ结合之后的Aβ蛋白立刻丧失了一切致病功能。上述工作也同时为利用无机化合物调控Aβ蛋白功能提供一种新途径。
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