石墨烯介導淀粉樣多肽聚集體的解聚

杜春保 ，韓布興

1西安石油大學化學化工學院，西安 710065

2中國科學院化學研究所，北京 100190

約束狀態的石墨烯納米片與Aβ17-42原纖維(2BEG)不同結構域之間的vdW作用表明Aβ17-42原纖維的解聚存在顯著的方向依賴性

阿爾茨海默癥(AD)即老年癡呆癥，是一種起病隱匿的神經退行性疾病，其臨床表現為智力衰減、記憶力衰退和判斷推理能力下降等認知功能障礙1。目前，只有少數治療藥物可以改善AD癥狀，仍缺乏有效的治療藥物停止或逆轉AD的病理進程2。雖然AD確切的病因和發病機制尚未完全闡明，但現有大量證據表明，錯誤折疊和纖維化聚集的淀粉樣多肽(Aβ)在腦內的蓄積被公認為是造成AD的主要誘因之一3,4。因此，對于由蛋白/多肽的錯誤折疊和蓄積引起的神經退行性疾病的防治，中斷、阻止和減少Aβ的纖維化聚集是當前的主要研究方向之一5。二維材料，特別是石墨烯及其衍生物，因其獨特的力學性能、導熱導電性以及巨大的比表面積等特性在生物醫學領域展現出了廣泛的應用前景6,7。基于二維材料與生物大分子之間的作用機理越來越明朗8，利用石墨烯的大π體系、超疏水特性和超大比表面積，抑制Aβ的纖維化聚集并誘導Aβ聚集體的解聚，對尋求新的AD防治策略具有重要的研究意義。

最近，新加坡科技研究局高性能計算研究所的科學家程淵博士、新加坡國立大學曾開陽教授與西北工業大學胡小玲教授課題組在Journal of Physical Chemistry C上發表題為“Adsorption Mechanism of Amyloid Fibrils to Graphene Nanosheets and Their Structural Destruction”的研究文章9，詳細揭示了AD的致病性Aβ聚集體與石墨烯納米片之間的相互作用機制。研究人員選擇具有典型平行β-折疊結構的Aβ17-42原纖維作為研究對象，采用全原子分子動力學(MD)模擬研究了約束狀態的石墨烯納米片與Aβ17-42原纖維之間的相互作用機制。結果表明，石墨烯納米片表面與Aβ17-42原纖維之間具有很強的相互作用，且首先表現出對Aβ17-42原纖維外側鏈結構的顯著破壞。由于進攻方向的差異，Aβ17-42原纖維在石墨烯納米片上的吸附導致其二級結構發生不同程度的坍塌，表明石墨烯納米片可以介導Aβ17-42原纖維的嚴重解聚和結構破壞。該研究還發現范德瓦爾斯(vdW)作用驅動了二者之間的結合，并有效抑制了Aβ17-42的自締合和纖維化聚集。與此同時，溶劑效應和結構特征也協同促進了石墨烯納米片對Aβ17-42原纖維的破壞。此外，研究人員還對比了Aβ17-42原纖維與無約束狀態的石墨烯納米片之間的相互作用機理，發現石墨烯納米片傾向于以更快但不規律的方式誘導Aβ17-42原纖維的二級結構β-折疊含量的降低，從而實現Aβ17-42原纖維的解聚。以上研究成果為深入理解基于石墨烯吸附Aβ聚集體誘導破壞其結構的潛在分子機制以及解聚方式對石墨烯進攻方向的依賴性提供了一些線索，也為通過開發和使用新型二維材料實現淀粉樣蛋白/多肽纖維的解聚和抑制提供一些見解，有助于推動AD納米療法的發展。