研究进展:阿尔茨海默病(AD)作为最常见的神经退行性疾病,其复杂的病理为开发改进的治疗和诊断工具带来了巨大的挑战。最近的研究表明可溶性Aβ寡聚体会导致AD患者和动物模型中的突触功能障碍和记忆丧失。尽管其确切病理机制仍不清楚,但更多的临床试验表明,靶向神经毒性可溶性Aβ寡聚体是减缓AD进展的更有效策略。因此,我们认为开发改进的治疗和诊断工具来检测和表征这些可溶性Aβ物种非常重要。然而目前大多数探针只能识别不溶性的、纤维状的Aβ物种,并且检测最具神经毒性的可溶性Aβ寡聚体的能力较差。已有报道的能够结合可溶性Aβ寡聚体的新型荧光染料中,这些分子的发现通常是通过高通量筛选或有限的结构-活性关系研究来实现的,没有合理设计可溶性Aβ寡聚体探针的通用方法。研究表明含有Aβ原纤维结合片段和针对其他AD病理如金属离子抑制、活性氧形成、神经炎症、和乙酰胆碱酯酶抑制的多功能化合物可能是AD治疗开发的潜在先导化合物。然而,迄今为止尚未开发出对可溶性Aβ寡聚体和靶标表现出明显亲和力的多功能化合物
解决方案:在此,本文报道了一种新型两亲性化合物LS-4的开发,该化合物通过将疏水性淀粉样蛋白原纤维结合片段与亲水性氮杂大环连接而产生,能够显著增加对各种淀粉样蛋白β (Aβ)肽聚集体的结合亲和力(图1)。所开发的化合物显示出不寻常的荧光开启和对Aβ聚集体的高结合亲和力,特别是对可溶性Aβ低聚物。相比之下,化合物Pre-LS-4只含有疏水性共轭芳族片段(图2),不含亲水性氮杂大环部分,对Aβ物质的结合亲和力显著降低。LS-4还表现出抗氧化性能,并能阻止Cu2+抗坏血酸氧化还原循环,从而导致活性氧的形成。
图2。 Pre-LS-4和LS-4a的合成
此外,在给予LS-4至5xFAD小鼠后,LS-4处理的脑切片的荧光成像显示,LS-4可以容易地穿透血脑屏障(BBB)并在体内与Aβ寡聚体结合,用Aβ寡聚体特异性抗体免疫染色证实了这一点。此外,与载体处理的5xFAD小鼠相比,用LS-4处理5xFAD小鼠显著减少了淀粉样斑块和相关磷酸化(p-tau)聚集体的数量,同时小胶质细胞的激活也减少了(图3)。此外,分子动力学模拟证实了在分子结构中引入亲水部分可以显著增强与Aβ肽种类的极性残基的静电相互作用的观察。最后,利用氮杂大环的强铜螯合特性,进行了一系列正电子发射断层扫描(PET)成像和生物分布研究,表明64Cu-LS-4复合物与淀粉样斑块结合,并且可以在5xFAD小鼠大脑中积累到比WT对照组明显更大的程度(图4)。总的来说,这些体外和体内研究表明,采用含有亲水性片段的两亲性分子连接到疏水性淀粉样原纤维结合片段的新策略可以增加这些化合物对可溶性Aβ寡聚体的结合亲和力,因此可以用于检测和调节AD中的可溶性Aβ种类。
图3。 (A)用LS-4和载体处理的5xFAD小鼠的CF594-AT8和CF594-Iba1免疫染色脑切片的代表性荧光显微图像;(B)定量来自5xFAD小鼠的CF594-AT8免疫染色脑切片的面积;(C)定量来自5xFAD小鼠的CF594-Iba1免疫染色脑切片的面积。
图4。 存在/不存在非放射性Aβ特异性阻断剂情况下,(A)WT和5xFAD小鼠脑切片的放射自显影图像;(B)WT和5xFAD小鼠脑切片的放射自显影图像的信号强度的定量
总结:本文报道了一种新型两亲性化合物LS-4的开发,LS-4对Aβ聚集体,尤其是可溶性Aβ寡聚体显示出不常见的荧光开启和高结合亲和力。体内外研究表明,采用包含连接到疏水性淀粉样原纤维结合片段的亲水性片段的两亲性分子的新策略可以增加这些化合物对可溶性和不溶性Aβ聚集体的结合亲和力,因此可以用于检测和调节AD中的各种Aβ物种。
参考文献:Liviu M。 Mirica, et al。 Amphiphilic Distyrylbenzene Derivatives as Potential Therapeutic and Imaging Agents for Soluble and Insoluble Amyloid β Aggregates in Alzheimer’s Disease。 J。 Am。 Chem。 Soc。 2021, DOI:10。1021/jacs。1c05470。