阿爾茨海默病的早期驅(qū)動因素可能是稱為淀粉樣肽分子的積累。這些會導(dǎo)致細(xì)胞死亡，在阿爾茨海默病患者的大腦中很常見。研究人員現(xiàn)在已經(jīng)證明，積累這些錯誤折疊的淀粉樣肽的酵母細(xì)胞在用氧化石墨烯納米薄片處理后可以恢復(fù)。

《每日科學(xué)》

10月4日消息

阿爾茨海默病是一種無法治愈的腦部疾病，會導(dǎo)致失智癥和死亡，給患者和他們的家人帶來痛苦。據(jù)估計(jì)，全世界有 4,000 多萬人患有這種疾病或相關(guān)形式的失智癥。據(jù)報(bào)道，這些疾病的全球成本估計(jì)占全球國內(nèi)生產(chǎn)總值的 1%。

錯誤折疊的 β-淀粉樣蛋白肽，即 Aβ 肽，在大腦中蓄積和聚集，被認(rèn)為是阿爾茨海默病的根本原因。它們在神經(jīng)元（腦細(xì)胞）中引發(fā)一系列有害過程，導(dǎo)致許多重要細(xì)胞功能喪失或細(xì)胞死亡，從而導(dǎo)致受影響區(qū)域的大腦功能喪失。迄今為止，尚無有效策略治療腦內(nèi)淀粉樣蛋白蓄積。

瑞典查爾姆斯理工大學(xué)（Chalmers University of Technology，Chalmers）的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)表明，用氧化石墨烯（Graphene oxide）處理酵母細(xì)胞模型可以降低淀粉樣肽的聚集水平。研究結(jié)果于 7 月發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）雜志上。

研究于2023年7月7日發(fā)表在《Advanced Functional Materials》（最新影響因子：19.0）雜志上

“氧化石墨烯的這種作用最近也被其他研究人員證明了，但在酵母細(xì)胞中沒有，” Chalmers 系統(tǒng)生物學(xué)研究員、該研究的第一作者 Xin Chen 說，“我們的研究也解釋了這種效應(yīng)背后的機(jī)制。氧化石墨烯會影響細(xì)胞的代謝，提高細(xì)胞對錯誤折疊蛋白和氧化應(yīng)激的抵抗力。這在以前沒有報(bào)道過。”

該研究第一作者及通訊作者 Xin Chen 博士

研究受阿爾茨海默病影響的面包酵母的機(jī)制

在阿爾茨海默病中，淀粉樣蛋白聚集體通過引起各種細(xì)胞代謝紊亂來發(fā)揮其神經(jīng)毒性作用，例如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的應(yīng)激。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞的主要部分，許多蛋白質(zhì)都是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)產(chǎn)生的。這會降低細(xì)胞處理錯誤折疊蛋白質(zhì)的能力，從而增加這些蛋白質(zhì)的積累。

這些聚集物還會影響線粒體的功能，而線粒體是細(xì)胞的動力來源。因此，神經(jīng)元暴露于增加的氧化應(yīng)激（稱為氧自由基的活性分子，它會損害其他分子）中，腦細(xì)胞對此特別敏感。

Chalmers 的研究人員通過結(jié)合蛋白質(zhì)分析（蛋白質(zhì)組學(xué)）和后續(xù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了這項(xiàng)研究。他們使用面包酵母和釀酒酵母作為人體細(xì)胞的體內(nèi)模型。這兩種酵母細(xì)胞具有非常相似的蛋白質(zhì)質(zhì)量控制系統(tǒng)。這個酵母細(xì)胞模型是研究小組之前建立的，用來模擬受阿爾茨海默病影響的人類神經(jīng)元。

Xin Chen 說：“我們模型中的酵母細(xì)胞類似于受淀粉樣蛋白 β42 積累影響的神經(jīng)元，這是最容易形成聚集體的淀粉樣肽。這些細(xì)胞比正常細(xì)胞衰老更快，表現(xiàn)出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和線粒體功能障礙，有害活性氧自由基的產(chǎn)生增加。”

人們對氧化石墨烯納米薄片寄予厚望

氧化石墨烯納米薄片是一種具有獨(dú)特性能的二維碳納米材料，包括優(yōu)異的導(dǎo)電性和高的生物相容性。它們被廣泛應(yīng)用于各種研究項(xiàng)目，包括癌癥治療、藥物遞送系統(tǒng)和生物傳感器的開發(fā)。

這種納米薄片具有親水性（水溶性），并且與蛋白質(zhì)等生物分子相互作用良好。當(dāng)氧化石墨烯進(jìn)入活細(xì)胞時，它能夠干擾蛋白質(zhì)的自組裝過程。

“因此，它可以阻礙蛋白質(zhì)聚集物的形成，并促進(jìn)現(xiàn)有聚集物的分解，”  Chalmers 系統(tǒng)生物學(xué)研究員、該研究的合著者 Santosh Pandit 說，“我們相信納米薄片通過兩種獨(dú)立的通路來減輕酵母細(xì)胞中淀粉樣蛋白 β42 的毒性作用。”

在一個通路中，氧化石墨烯直接作用于防止淀粉樣蛋白 β42 累積。在另一種情況下，氧化石墨烯通過一種（目前未知的）機(jī)制間接發(fā)揮作用，在這種機(jī)制中，應(yīng)激反應(yīng)的特定基因被激活。這增加了細(xì)胞處理錯誤折疊蛋白質(zhì)和氧化應(yīng)激的能力。

如何治療阿爾茨海默病患者仍然是未來的問題。然而，根據(jù) Chalmers 研究小組的說法，氧化石墨烯在神經(jīng)退行性疾病領(lǐng)域的未來研究中具有巨大的潛力。該研究小組已經(jīng)能夠證明，在酵母模型中，氧化石墨烯治療還可以減少亨廷頓病特異性蛋白質(zhì)聚集體的毒性作用。

Xin Chen 說：“下一步是研究是否有可能開發(fā)一種基于氧化石墨烯的藥物遞送系統(tǒng)來治療阿爾茨海默病。我們還想測試氧化石墨烯在其他神經(jīng)退行性疾病（如帕金森病）模型中是否有益。”

創(chuàng)立于1829年的瑞典查爾姆斯理工大學(xué)

參考文獻(xiàn)

Source：Chalmers University of Technology

Graphene oxide reduces the toxicity of Alzheimer's proteins

Reference：

Chen, X., Pandit, S., Shi, L., Ravikumar, V., Køhler, J. B., Svetlicic, E., Cao, Z., Garg, A., Petranovic, D., Mijakovic, I., Graphene Oxide Attenuates Toxicity of Amyloid-β Aggregates in Yeast by Promoting Disassembly and Boosting Cellular Stress Response. Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2304053. https://doi.org/10.1002/adfm.202304053

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       原文標(biāo)題 : 氧化石墨烯降低了阿爾茨海默病蛋白質(zhì)的毒性