杜春保 ，韓布興

1西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，西安 710065

2中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所，北京 100190

約束狀態(tài)的石墨烯納米片與Aβ17-42原纖維(2BEG)不同結(jié)構(gòu)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(jīng)退行性疾病，其臨床表現(xiàn)為智力衰減、記憶力衰退和判斷推理能力下降等認(rèn)知功能障礙1。目前，只有少數(shù)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(zhuǎn)AD的病理進(jìn)程2。雖然AD確切的病因和發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，但現(xiàn)有大量證據(jù)表明，錯(cuò)誤折疊和纖維化聚集的淀粉樣多肽(Aβ)在腦內(nèi)的蓄積被公認(rèn)為是造成AD的主要誘因之一3,4。因此，對(duì)于由蛋白/多肽的錯(cuò)誤折疊和蓄積引起的神經(jīng)退行性疾病的防治，中斷、阻止和減少Aβ的纖維化聚集是當(dāng)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(dú)特的力學(xué)性能、導(dǎo)熱導(dǎo)電性以及巨大的比表面積等特性在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用前景6,7?；诙S材料與生物大分子之間的作用機(jī)理越來(lái)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(dǎo)Aβ聚集體的解聚，對(duì)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(jì)算研究所的科學(xué)家程淵博士、新加坡國(guó)立大學(xué)曾開陽(yáng)教授與西北工業(yè)大學(xué)胡小玲教授課題組在Journal of Physical Chemistry C上發(fā)表題為“Adsorption Mechanism of Amyloid Fibrils to Graphene Nanosheets and Their Structural Destruction”的研究文章9，詳細(xì)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(jī)制。研究人員選擇具有典型平行β-折疊結(jié)構(gòu)的Aβ17-42原纖維作為研究對(duì)象，采用全原子分子動(dòng)力學(xué)(MD)模擬研究了約束狀態(tài)的石墨烯納米片與Aβ17-42原纖維之間的相互作用機(jī)制。結(jié)果表明，石墨烯納米片表面與Aβ17-42原纖維之間具有很強(qiáng)的相互作用，且首先表現(xiàn)出對(duì)Aβ17-42原纖維外側(cè)鏈結(jié)構(gòu)的顯著破壞。由于進(jìn)攻方向的差異，Aβ17-42原纖維在石墨烯納米片上的吸附導(dǎo)致其二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度的坍塌，表明石墨烯納米片可以介導(dǎo)Aβ17-42原纖維的嚴(yán)重解聚和結(jié)構(gòu)破壞。該研究還發(fā)現(xiàn)范德瓦爾斯(vdW)作用驅(qū)動(dòng)了二者之間的結(jié)合，并有效抑制了Aβ17-42的自締合和纖維化聚集。與此同時(shí)，溶劑效應(yīng)和結(jié)構(gòu)特征也協(xié)同促進(jìn)了石墨烯納米片對(duì)Aβ17-42原纖維的破壞。此外，研究人員還對(duì)比了Aβ17-42原纖維與無(wú)約束狀態(tài)的石墨烯納米片之間的相互作用機(jī)理，發(fā)現(xiàn)石墨烯納米片傾向于以更快但不規(guī)律的方式誘導(dǎo)Aβ17-42原纖維的二級(jí)結(jié)構(gòu)β-折疊含量的降低，從而實(shí)現(xiàn)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(dǎo)破壞其結(jié)構(gòu)的潛在分子機(jī)制以及解聚方式對(duì)石墨烯進(jìn)攻方向的依賴性提供了一些線索，也為通過(guò)開發(fā)和使用新型二維材料實(shí)現(xiàn)淀粉樣蛋白/多肽纖維的解聚和抑制提供一些見(jiàn)解，有助于推動(dòng)AD納米療法的發(fā)展。