脂质稳定的Aβ1–42寡聚体结构解析：阿尔茨海默病膜损伤机制的新视角

《Aggregate》：Structure and Dynamics of Lipid-Stabilized Amyloid Beta Aβ1–42 Oligomers

本研究通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、透射电镜（TEM）、固态核磁共振（ssNMR）与分子动力学模拟（MD）相结合，首次揭示了Aβ1–42在含胆固醇脂质膜中形成的八聚体“寿司卷”结构（sushi-roll fold）。该结构具有平行交叉β折叠（cross-β）构象，内部空腔包裹脂质分子，阐明了Aβ通过脂质共组装破坏膜完整性的分子机制，为阿尔茨海默病（AD）神经毒性机制提供了新靶点。

　　

引言

阿尔茨海默病（AD）的发生与发展与β淀粉样蛋白（Aβ）和Tau蛋白的异常聚集密切相关。其中，Aβ寡聚体（oligomers）被认为是神经毒性的主要效应物，其通过破坏细胞膜离子稳态导致突触功能障碍和神经元死亡。尽管水溶液中Aβ_1–42的纤维结构已被解析，但膜环境中寡聚体的结构仍不明确。胆固醇作为细胞膜关键组分，可促进Aβ_1–42的成核与聚集，而载脂蛋白E4（ApoE4）和高胆固醇血症均是AD的重要风险因素。

结果与分析

FTIR光谱揭示结构动态转变

通过FTIR监测Aβ_1–42在脂质体中的构象变化，发现其随时间从初始的α螺旋结构逐渐转变为稳定的β折叠与转角/环状结构。β折叠的形成呈现双相动力学过程，快速相（τ=1.34小时）与慢速相（τ=125.6小时）共同驱动寡聚体成熟。

TEM显示膜穿孔现象

与完整脂质体对比，Aβ_1–42重构的囊泡出现两种破坏模式：部分囊泡完全破裂，脂质壁如花瓣状展开；另一类囊泡膜上出现规则孔洞，其尺寸与Aβ寡聚体（约10纳米）相符。孔洞周围可见嵌于膜中的Aβ聚集颗粒，表明膜损伤可能通过脂质提取机制发生。

ssNMR解析寡聚体原子结构

通过二维¹³C–¹³C及三维NCACX/NCOCX谱，成功指认了Aβ_1–42中38个残基的化学位移。Talos-N预测显示其N端含短β链，C端形成长β链。关键的是，通过3D NCACX谱检测到Ala₂–Gly₃₈、Phe₄–Val₃₉和Lys₁₆–Ala₄₂三对空间邻近接触，提示N端与C端空间靠近。

MD模拟构建脂质-肽共组装模型

结合化学位移约束的MD模拟表明，Aβ_1–42八聚体形成平行交叉β折叠结构，内部空腔可容纳4–6个POPC分子或胆固醇。脂质填充显著稳定了寡聚体结构，其中胆固醇的稳定效果最优（β折叠占比56.5%）。八聚体可进一步通过15–23片段（QKLVFFAED）的疏水相互作用形成二聚体或三聚体，嵌入膜后仍保持稳定。

异核相关实验验证膜嵌入深度

通过抑制刚性质子信号的HETCOR实验，检测到水（¹H 4.7 ppm）与脂质末端甲基（¹H 1.3 ppm）向Aβ_1–42的极化转移。距离拟合显示Ile/Val侧链碳与脂质链末端质子距离仅2.4–3.6 ?，而与水质子距离超过12 ?，证实寡聚体深埋于脂双层内部。

讨论与结论

本研究首次提出Aβ_1–42在膜环境中通过脂质共组装形成“寿司卷”状八聚体，而非传统的水填充孔道。该结构通过盐桥（如C端与Lys₁₆）和疏水相互作用稳定，其尺寸与膜厚度匹配，解释了脂质限制下寡聚体而非纤维形成的机制。胆固醇的高亲和性揭示了其在AD发病中的促进作用。此模型为针对Aβ-膜相互作用的治疗策略提供了结构基础，并拓展了淀粉样蛋白寡聚体研究的方法学框架。

实验方法

Aβ_1–42在POPC/POPG/胆固醇（60:30:10）脂质体中重构，通过ssNMR、FTIR、TEM与MD模拟联合分析。ssNMR实验在600/800 MHz谱仪完成，MD模拟采用CHARMM36力场与REMD采样，确保模型与实验数据的一致性（化学位移偏差RMSD=1.67 ppm）。