《Biochemical and Biophysical Research Communications》：Structural Analysis of the Asymmetric Interaction Between Amyloid β42 and α-Synuclein: Amyloid β42 Oligomers Promote α-Synuclein Aggregation While α-Synuclein Inhibits Amyloid β42 Aggregation
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为了解决阿尔茨海默病与帕金森病等神经退行性疾病中不同淀粉样蛋白（如Aβ和α-syn）共病理学的分子机制及其相互影响机制尚不明确的难题，研究人员通过量子点（QD）成像、硫代磺胺T（ThT）荧光测定和透射电子显微镜等技术，系统研究了Aβ42和α-syn在单体和寡聚/聚合物状态下对彼此聚集行为的影响。研究发现Aβ42寡聚体能显著促进α-syn聚集，而α-syn（尤其聚合物形式）能抑制Aβ42聚集，揭示了二者相互作用的“不对称性”。该结果为理解疾病共存机制及开发靶向治疗策略提供了重要线索。
大脑中的蛋白质错误折叠和聚集，是导致阿尔茨海默病与帕金森病等神经退行性疾病的核心病理特征。其中，阿尔茨海默病的关键“元凶”是淀粉样蛋白β(Aβ)，它们聚集形成斑块沉积在细胞外；而在帕金森病中，细胞内一种名为α-突触核蛋白(α-syn)的蛋白质则形成了名为路易体的包涵体。尽管它们传统上被认为是不同疾病的标志物，但临床观察却发现了一个有趣且棘手的现象：大约一半的阿尔茨海默病患者大脑中也存在帕金森病的病理特征，反之亦然。这两种蛋白质不仅在同一个大脑里“同时出现”，更可能在同一个细胞环境中“碰面”。那么，它们相遇时会发生什么？是“井水不犯河水”，还是会“互相影响”，甚至“助纣为虐”？已有的研究结果众说纷纭，Aβ和α-syn到底如何影响彼此的聚集过程，依然迷雾重重。这个问题的答案，对于理解为什么这两种疾病常常相伴发生，以及寻找能够同时干预多种病理蛋白的治疗策略，至关重要。
为此，来自日本室兰工业大学的研究人员Koki Araya、Kota Nakamura等人，在Kiyotaka Tokuraku教授的指导下，开展了一项精细的体外研究，旨在揭示Aβ42（Aβ的一种主要致病形式）和α-syn在不同结构状态下对彼此聚集行为的具体影响。他们的研究论文《Structural Analysis of the Asymmetric Interaction Between Amyloid β42 and α-Synuclein》发表在《Biochemical and Biophysical Research Communications》上，清晰地描绘了一幅二者相互作用的不对称图景。
为了精确、动态地捕捉蛋白质聚集的过程和结构变化，研究人员主要采用了三种关键技术方法。首先是量子点(QD)成像技术，利用量子点与淀粉样聚集体之间的亲和力，结合荧光显微镜和共聚焦激光扫描显微镜，实现了对Aβ和α-syn聚集过程的二维和三维实时可视化监测。其次是硫代磺胺T(ThT)荧光测定法，这是一种经典的检测淀粉样纤维中β-片层结构形成的技术，用于定量评估不同条件下β-片层形成的速率和程度。最后是透射电子显微镜(TEM)，用于在纳米尺度上观察最终形成的聚集体的精细形态和结构。研究中使用的Aβ42肽段和混乱序列Aβ42(scrambled Aβ42)为商业购买，而α-syn蛋白则通过在大肠杆菌中表达并经过柱层析纯化获得。研究人员还分别制备了Aβ42寡聚体和α-syn聚合物作为特定结构状态的研究样本。
研究结果
3.1. Aβ42单体对α-syn聚集的影响
通过QD成像、ThT荧光测定和TEM观察发现，1 μM的Aβ42单体对20 μM α-syn的聚集过程、β-片层形成速率以及最终纤维的形态均没有产生显著影响。这表明，在研究的实验条件下，Aβ42单体并不参与或改变α-syn的聚集路径。
3.2. Aβ42寡聚体对α-syn聚集的影响
与单体截然不同，1 μM的Aβ42寡聚体显著促进了20 μM α-syn的聚集。QD成像显示，α-syn形成了更大尺寸的聚集体，且特征性地沉积在孔板底部；荧光强度标准差(SD值)增加了约1.7倍。ThT荧光强度在48小时也显著升高，表明β-片层结构形成增多。TEM观察进一步证实，存在Aβ42寡聚体时，α-syn纤维出现了局部致密堆积，形成了大量大型纤维簇。这些结果共同表明，Aβ42寡聚体是α-syn聚集的有效“促进剂”。
3.3. α-syn单体对Aβ42聚集的影响
当考察α-syn对Aβ42的影响时，发现了相反的趋势。10 μM的α-syn单体能够抑制20 μM Aβ42的聚集。QD成像显示聚集减少，SD值下降约1.9倍；ThT荧光强度降低，纤维形成滞后时间延长，且这种抑制效应具有浓度依赖性（在10 μM以下）。TEM观察发现，Aβ42纤维的长度显著缩短。这表明α-syn单体通过抑制Aβ42纤维的延伸，从而减缓其聚集。
3.4. α-syn聚合物对Aβ42聚集的影响
抑制作用在α-syn聚合物状态下更为强烈。10 μM的α-syn聚合物使Aβ42聚集的SD值大幅下降了约3.5倍，ThT荧光强度降得更低，纤维形成的滞后期更长。TEM图像显示，Aβ42纤维更短、形态更小。与α-syn单体相比，α-syn聚合物表现出对Aβ42纤维延伸更强大的抑制能力。
研究结论与讨论
这项研究系统阐明了Aβ42和α-syn之间一种清晰的“不对称”相互作用模式。一方面，只有处于寡聚体状态的Aβ42能够强力促进α-syn的聚集，其单体形式则无效。这可能是由于Aβ42寡聚体暴露出的疏水表面和类β-片层结构，为α-syn单体提供了异质性成核的“脚手架”，从而加速了其聚集的启动。另一方面，α-syn则表现为Aβ42聚集的“抑制剂”，且其聚合物形式的抑制效果强于单体形式。作者推测，这可能是因为α-syn（尤其是聚合物）通过其表面吸附并“隔离”了Aβ42单体，有效阻断了后者加入到生长中的纤维末端，从而遏制了纤维延伸这一关键步骤。
这种不对称性具有重要的病理学启示。在阿尔茨海默病早期，脑内产生的Aβ42寡聚体不仅自身具有神经毒性，还可能成为“种子”或“催化剂”，促进帕金森病相关蛋白α-syn的病理聚集，这或许是两种疾病临床共病率高的潜在分子机制之一。反之，α-syn（尤其是其已形成的聚合物）对Aβ42聚集的抑制作用，则可能在某种程度上了构成了病理过程中的一种内在制约或平衡。该研究通过先进的QD成像等技术，直观地捕捉了这种结构依赖性的相互作用，为理解神经退行性疾病中复杂的异质性淀粉样蛋白“交叉对话”机制提供了关键证据。它提示，未来的治疗策略可能需要根据疾病不同阶段主要病理蛋白的“状态”（单体、寡聚体或纤维）进行精准设计，针对Aβ42寡聚体的干预可能对延缓或阻断α-syn病理具有额外益处。尽管这是在体外条件下得出的结论，但它为在更复杂的细胞和动物模型中进一步验证这些相互作用的功能后果，以及探索其临床相关性，奠定了坚实的基础并指明了明确的方向。
