J. Colloid Interface Sci.： Au(RC)纳米团簇在解聚Aβ纤维上的高效及机理研究

第一作者：Guanbin Gao, Ting Zhang

通讯作者：Guanbin Gao, Taolei Sun

通讯单位：武汉理工大学

研究内容：

揭示纳米材料作用下淀粉样原纤维的分解机制是未来成功应用于神经退行性疾病和淀粉样变性疾病治疗的关键。本文合成了一种由Arg-Cys二肽(Au(RC)NCs)稳定的金纳米团簇，利用硫黄素- T (ThT)荧光和原子力显微镜研究了其对a β纤维的解聚活性。结果表明，在10 μg·mL^-1剂量下，Au(RC)NCs对预形成的Aβ原纤维具有极好的解聚作用，其特征是其表观完全解聚浓度极低。提出了一种可能的基于Au(RC)NCs激发A β纤维分解为动态平衡的分解机制。Au(RC) NCs的引入适当的剂量(5μg·mL^-1)可以将成熟的淀粉样蛋白拆卸成一种临界状态,同时,如果没有更多的纳米分解体,破坏旧β纤维,形成新的β纤维就会形成的动态平衡;相反，如果有更多的纳米分解体(>10 μg·mL^-1)时，动态平衡倾向于向Aβ进一步分解的方向转移。此外，在细胞实验中，当剂量大于10 μ g·mL^-1的Au(RC)NCs对a β诱导的细胞毒性具有良好的保护作用。本研究不仅提出了纳米材料作用下淀粉样蛋白原纤维可能的分解机制，而且为Au(RC)NCs作为一种有潜力的高效纳米解聚剂来分解不必要的淀粉样蛋白聚集物提供了依据。

要点一：

本文合成了Arg-Cys二肽(Au(RC)NCs)稳定的AuNCs，利用硫黄素- T (ThT)荧光和原子力显微镜(AFM)研究其对a β纤维的解聚活性和可能的机制。结果表明，在10μg mL^-1剂量下，Au(RC)NCs对预形成的A β原纤维具有很好的解聚作用，其特征是表观完全解聚浓度极低。

要点二：

提出了一种可能的基于Au(RC)NCs触发Aβ纤维分解到动态平衡的分解机制。Au(RC) NCs的引入适当的剂量(5μg·mL^-1)可以将成熟的淀粉样蛋白拆卸成一种临界状态,在此时,如果没有更多的纳米分解体,破坏旧β纤维,形成新的β纤维就会形成动态平衡;相反，如果有更多的纳米反汇编器(>10 μg·mL^-1)时，动态平衡倾向于向Aβ进一步分解的方向转移。此外，在细胞实验中，当剂量大于10 μ g·mL^-1的Au(RC)NCs对Aβ诱导的细胞毒性具有良好的保护作用。本研究不仅提出了纳米材料作用下淀粉样蛋白原纤维可能的分解机制，而且为Au(RC)NCs作为一种有潜力的高效纳米解聚物来分解不必要的淀粉样蛋白聚集物提供了一种潜在的治疗策略。

图1：Au(RC)NCs的合成与表征。(A) Au(RC) NCs合成过程示意图。Au(RC)NCs的ESI质谱(B)、XPS测量光谱(C)、TEM图像(D)、UV-vis吸收光谱(E)和FT-IR光谱(F)。

图2：Au(RC)NCs对Aβ 40纤颤的影响。(A) 20 μmol·L^-1Aβ40在PBS (pH = 7.4)中与0(黑色曲线)、1(红色曲线)、5(橙色曲线)、10(绿色曲线)和25(蓝色曲线)μg·mL^-1Au(RC)NCs共孵育37℃144 h的纤颤动力学(ThT检测)曲线;每条曲线显示了4次平行实验的平均数据。(B-E) 20 μ mol·L^-1Aβ40与1 (B)、5 (C)、10 (D)和25 (E) μg·mL^-1 Au(RC)NCs共孵卵144 h后的AFM图像。(F) AFM图像的定量分析。20 μmol·L^-1 Aβ40在无(G)或与Au(RC)NCs (H)共孵育0(黑色曲线)、12(红色曲线)或24 H(橙色曲线)时的(G-H) CD光谱。(I)利用DichroWeb对CD光谱进行二级结构含量定量分析。

图3: Au(RC)NCs对预成型A β 40纤维的分解作用。(A-B) 25 μg·mL^-1 Au(RC)NCs作用0、3、6、12、24和48 h后，20 μmol·L^-1的成熟Aβ40原纤维的表观大小随时间的变化曲线(A)和代表数量分布(B)，每条曲线显示3个平行实验的平均值。(CD)的代表(C)和相应的AFM图像定量分析结果(D)成熟的40β纤维孵化后没有或存在25μg·mL^-1Au(RC) NCs 0, 3、6、12日20 μmol·L^-1Aβ40原纤维与25 μg·mL^-1Au(RC)NCs共孵卵0、6、12、24和48 h (E-F)的实时CD光谱监测(E)和相应的二级结构含量定量分析(F)。

图4：(A) 20 μmol·L^-1 Aβ40在10 mmol·L^-1 PBS (pH = 7.4, 37 C)作用72 h时，Au(RC)NCs不同剂量0(黑色)、1(红色)、5(橙色)、10(绿色)和25 μ g·mL^-1(蓝色)的动力学(ThT测定)。每条曲线显示了三个平行实验的平均数据。(B)图4A红框中的动力学细节。(C) ThT与β -sheet的分子对接结果。(D) Au(RC)NCs分解成熟的Aβ纤维时，溶液中游离ThT与分解的β片结合的示意图。(E) 20 μmol·L^-1 Aβ40在不同时间点(12、24、36、48、60、72 h)加入20 μmol·L^-1 ThT后的纤颤动力学，每条曲线显示3次平行实验的平均数据。(F) 20 μmol·L^-1 a β40在72 h加入20 μmol·L^-1 ThT(橙色曲线)或25 μg·mL^-1 Au(RC)NCs与20 μmol·L^-1 ThT(蓝色曲线)的混合物的动力学。

图5：从动力学角度提出了Au(RC)NCs分解预成型a β纤维的可能机理。

图6：Au(RC)NCs对A β诱导细胞毒性的保护作用。(A) PC-12细胞与0 ~ 100 μg·mL^-1浓度的Au(RC)NCs共孵育24 h后的存活率。(B) Aβ40在0 ~ 25 μg·mL^-1浓度的Au(RC)NCs存在或不存在下作用PC-12细胞24 h后的存活率。(C)在无(红色)或有(蓝色)25 μg·mL^-1 Au(RC)NCs作用3、6、12、24和48 h后，20 μ mol·L^-1 Aβ 40原纤维(Aβ 40原纤维)对PC-12细胞的存活率。(D-E)在无(D)或有(E) 25 μg·mL^-1 Au(RC)NCs的Aβ40原纤维存在下共培养PC-12细胞3、6和12小时的细胞形态学。

参考文献

Gao, G.; Zhang, T.; Zhang, W.; Luo, Z.; Zhang, Z.; Gu, Z.; Yu, L.; Mu, Q.; Sun, T., High Efficiency and Related Mechanism of Au(RC) Nanoclusters on Disaggregating Aβ fibrils. Journal of Colloid and Interface Science 2022. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.04.085.