天然产物Ginnalin A抑制帕金森氏症标志蛋白α-突触核蛋白聚集的功能研究

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帕金森氏症(Parkinson Disease,PD)是第二常见的神经退行性疾病,其发病率仅次于阿尔兹海默症(Alzheimer’s disease,AD)。患者大多表现出躯体运动障碍和认知障碍等非运动障碍。我国人口老龄化现状严峻,PD的发病率日益增加,给家庭、政府和社会带来了巨大的负担,因此如何有效地预防和治疗PD成为研究者所面临的重大问题。PD的病理学特点表现为黑质致密部(substantia nigra pars compacta,SNpc)多巴胺能神经元丢失及α-突触核蛋白(α-synuclein,α-syn)形成的路易小体(lewy bodies,LBs)和路易神经元(lewy neurites,LNs)沉积。PD致病机制复杂,α-syn的错误折叠和聚集、线粒体功能损伤、氧化应激以及神经炎症等均可导致PD的发生,其中α-syn的错误折叠和聚集被认为是最关键的致病因素。受到机体因素的影响,α-syn可异常聚集形成有毒的寡聚体和低毒性的纤维,影响神经元的结构与功能,诱发神经毒性从而导致细胞死亡。因此,筛选有效抑制α-syn聚集及促进α-syn成熟纤维解聚的天然化合物是治疗PD的有效策略。本论文深入研究了从红枫和苦金茶等植物中提取出来的天然多酚类化合物枫叶多糖A(Ginnalin A,GA)靶向α-syn聚集的多方面的功能。具体工作包括:GA具有抑制淀粉样蛋白(amyloidβ,Aβ)聚集和改善Aβ诱导的细胞毒性的功能。然而,GA能否靶向α-syn的聚集及减轻α-syn诱导的细胞毒性尚无研究。在本研究中,我们首先使用硫黄素T(thioflavin-T,Th T)荧光分析和原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)成像技术检测GA是否抑制α-syn的聚集和解聚预形成的纤维,圆二色性光谱(circular dichroism,CD)验证GA对α-syn聚集过程中二级结构的影响,并通过CCK-8细胞活力检测GA对SH-SY5Y细胞的保护作用;其次,使用阴离子脂质体(small unilamellar vesicles,SUVs)、免疫荧光染色实验(immunofluorescence assay,IFA)和乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)水平检验GA存在的情况下对α-syn和细胞膜相互作用及细胞膜的完整性的影响;此外借助荧光探针双氯荧光素(2’,7’-dichlorodihydrofluorescein diacetate,DCFH-DA)检测了GA对α-syn诱导的细胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)水平的影响;最后利用分子对接计算机模拟计算分析GA靶向α-syn聚集的作用机制。我们还将GA靶向α-syn聚集的作用效果和作用模式与表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin gallate,EGCG)进行了对比。结果表明GA具有抑制α-syn原纤维形成及打散α-syn成熟纤维的作用,且呈现剂量依赖性。CD光谱表明GA存在时,α-syn聚集体二级结构从无规则卷曲/α-helix到β-sheet的过程减慢及形成的β-sheet含量较低。CCK-8细胞毒性实验证实了GA可以降低α-syn聚集体对细胞的损伤作用。SUVs和IFA结果表明GA取代/扰乱α-syn与细胞膜的相互作用;LDH水平佐证了GA对SH-SY5Y细胞膜的保护作用。DCFH-DA结果表明GA预处理可发挥更有效的神经保护作用,可能是通过激活核因子红血球-2相关因子2(nuclear factor eryt hroid-2 related factor 2,Nrf2)相关的抗氧化防御通路,从而减轻α-syn聚集体所引起的细胞内ROS水平。最后分子对接模拟结果显示GA可以与α-syn纤维的多个氨基酸形成稳定的氢键与π-π键相互作用力(结合自由能为-6.16 kcal/mol)。虽然GA与EGCG靶向α-syn聚集的作用模式相似,但是GA与α-syn纤维结合的能力大于EGCG,因此GA显现出比EGCG更优异的抑制聚集和解聚纤维的能力。本研究首次证实了GA在α-syn聚集过程中所表现的多功能作用:(1)抑制及解聚α-syn纤维;(2)减轻α-syn聚集体的细胞毒性;(3)扰乱/取代α-syn与细胞膜的相互作用;(4)提高细胞的抗氧化作用,减少了α-syn所诱导产生的ROS进而保护细胞。GA作为甜味剂和治疗胃病的中药成分已被广泛应用,因此GA在防预和治疗PD方面具有较好的应用前景。
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