基于大环化合物和树枝状聚合物的蛋白聚集抑制剂研究

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抑制淀粉样β蛋白(Amyloidβ-protein,Aβ)的聚集是预防和治疗阿尔兹海默症(AD)的重要途径,本论文探究了磺化杯芳烃(SC[n]A,n=4,6,8)抑制Aβ42聚集的效果及抑制机理。此外,抑制剂的理论设计是AD药物研发的重要方向,本实验室基于酸化白蛋白对Aβ聚集的抑制作用和影响因素分析,提出了一种新的淀粉样蛋白聚集抑制作用假说——疏水结合-静电排斥(HyBER)理论。本论文基于HyBER理论,提出设计一种表面被疏水基团修饰的羧基端PAMAM树枝状聚合物,研究其对Aβ42聚集的抑制作用。
  研究发现,通过多位点、非特异性的疏水作用,SC[n]A有效抑制Aβ42的聚集并降低其细胞毒性。其中SC[6]A和SC[8]A能够降低Aβ42的ζ电位绝对值,这一结果与它们有效降低Aβ42的细胞毒性有一定相关性。其中SC[8]A分子环最大、分子柔性较大,因此与Aβ42结合最强,抑制效果最好。
  基于HyBER理论,本论文设计合成了一种新型Aβ聚集抑制剂,即表面分布疏水基团和负电荷基团(羧基)的树枝状聚合物。为此,选用5代羧基端PAMAM(G5)进行苯乙胺(PEA)修饰,引入表面疏水基团,获得苯基取代度(DS)为7.2-42.3%的四种末端具有不同比例疏水基团和羧基的G5-Ps。结果表明,高取代度G5-Ps(DS>30.5%)的衍生物能够通过疏水结合-静电排斥作用有效抑制Aβ42聚集并降低Aβ42的细胞毒性。研究发现,疏水基团的取代度存在最佳值,取代度为30.5%时获得最佳抑制效果。
  为了进一步揭示HyBER机理的作用,研究了树枝状聚合物代数对于PEA修饰的羧基端PAMAM抑制Aβ42聚集作用的影响。结果表明,低代数的G3-P和G4-P无抑制Aβ42的聚集的效果,只有高代数的G5-P和G6-P能够通过HyBER机理的作用有效抑制Aβ42的聚集。此结果表明,HyBER机理的发挥需要疏水基团和负电荷基团的距离限定在一定范围之内,当距离超过一定范围后,疏水结合的Aβ不能受到周围负电荷基团的静电排斥作用,从而不能发挥HyBER作用。
  本文研究发现SC[n]A能够有效抑制Aβ42的聚集并且降低Aβ42的细胞毒性,这是SC[n]A被首次应用于Aβ42的聚集,并且研究发现柔性大环SC[n]A相较于刚性小环SC[n]A抑制效果更好,这一结果对其他蛋白质聚集导致的疾病的研究具有一定指导意义。此外,利用HyBER理论成功设计合成了基于羧基端树枝状聚合物表面疏水性基团修饰的新型Aβ聚集抑制剂,实验结果进一步揭示了HyBER理论的作用机制,为Aβ42聚集抑制剂的理论设计提供了新的思路和方向。
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