《Chemical & Biomedical Imaging》：Antiamyloid Antibody Effects on Aβ-42 Protein Aggregates Profiled Using Nanospectroscopy
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这篇研究综述运用纳米光谱技术（AFM-IR），在单颗粒水平无标记地解析了阿杜卡单抗（aducanumab）与仑卡奈单抗（lecanemab）对Aβ-42蛋白聚集体的差异化影响。研究揭示了二者在抑制寡聚体、影响原纤维（protofibril）结构及促进纤维束形成等方面的不同作用模式，为深入理解抗体药物抗阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）的分子机制及未来疗法设计提供了关键实验依据。
引言
阿尔茨海默病（Alzheimer's disease， AD）是最常见的痴呆类型，其特征是大脑组织中β-淀粉样蛋白（amyloid-β， Aβ）和tau蛋白沉积物的积累。Aβ-42（Aβ-42）亚型因其更强的聚集倾向和神经毒性，在疾病发展中扮演关键角色。目前尚无治愈AD或逆转认知衰退的方法，但美国食品药品监督管理局（FDA）已批准了几种抗淀粉样蛋白单克隆抗体，如阿杜卡单抗（aducanumab）和仑卡奈单抗（lecanemab），旨在识别并清除脑组织中的蛋白聚集体。然而，这些抗体如何影响单个Aβ蛋白聚集体的形态和结构变化，仍需在纳米尺度上予以阐明。
传统的研究方法，如基于化学发光的免疫测定或基于荧光的结合测定，多是整体平均测量。为了在无标记、单颗粒水平上直接表征抗体与淀粉样蛋白的界面相互作用，研究者采用了纳米光谱技术——即原子力显微镜（Atomic Force Microscopy， AFM）与红外光谱（Infrared Spectroscopy， IR）的结合（AFM-IR）。该技术能够同时获取纳米级空间分辨率的形态信息和化学结构（如蛋白质二级结构）信息，是研究蛋白聚集和抗体作用的强大工具。
结果与讨论
形态学表征：阿杜卡单抗与未处理Aβ-42的对比
研究首先使用标准AFM比较了经阿杜卡单抗处理和未处理的Aβ-42聚集体的形态。显示，未处理的Aβ-42样品在孵育24小时后，存在纤维状聚集体和球形颗粒（可能为寡聚体）。而用阿杜卡单抗处理Aβ-42后，观察到个体纤维聚集形成直径更大的纤维束，并且球形颗粒的数量减少。统计数据显示，阿杜卡单抗处理后的Aβ-42中，球形颗粒的平均直径更低，而纤维的平均高度更高，证实了纤维束的形成和寡聚体生成的减少。
为了探究结合机制，研究者使用开尔文探针力显微镜（Kelvin Probe Force Microscopy， KPFM）测量了单个纤维的表面电势。结果显示，未处理和处理后的纤维表面电势波动幅度相似（约20-50 mV），且处理后纤维的zeta电位仅略有变化（从-19.2 mV变为-14.6 mV）。这表明电荷相互作用在结合中作用微弱，阿杜卡单抗更可能通过氢键和疏水相互作用与Aβ-42纤维的疏水斑块结合。
纳米光谱学分析：揭示二级结构变化
AFM-IR技术进一步提供了化学结构信息。图2阐述了AFM-IR的工作原理。对未处理的Aβ-42聚集体进行AFM-IR分析显示，在1630 cm-1处有显著的吸收峰，对应平行β-折叠（parallel β-sheet）结构，这是成熟淀粉样纤维的典型特征（-1处有显著的酰胺I峰。">）。当Aβ-42与阿杜卡单抗共孵育后，AFM-IR图谱发生了变化。-1处的信号减弱，出现向高波数移动的肩峰。">显示，在1630 cm-1处的平行β-折叠峰减弱，并且光谱显示出向更高波数移动的肩峰。对酰胺I峰的二阶导数分析表明，α-螺旋（α-helix）结构的贡献变得与β-折叠相当，这反映了富含α-螺旋结构的阿杜卡单抗结合到了聚集体上。体相傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）和硫黄素T（Thioflavin T， ThT）荧光动力学实验进一步证实，阿杜卡单抗能够抑制Aβ-42的聚集动力学，降低β-折叠结构的形成速率，与AFM-IR的纳米尺度观察结果一致。
仑卡奈单抗的差异化作用模式
接下来，研究比较了另一种抗体仑卡奈单抗的作用。与阿杜卡单抗类似，仑卡奈单抗处理也导致纤维束的形成和纤维表面的粗糙化。然而，关键差异在于：1）仑卡奈单抗并未显著抑制Aβ-42寡聚体的生成；2）仑卡奈单抗对Aβ-42原纤维（protofibrils）表现出更高的亲和力。的AFM图像显示，仑卡奈单抗倾向于沿着结节状原纤维的整个长度进行结合，形成被完全包裹的原纤维结构。AFM-IR分析显示，仑卡奈单抗处理后，聚集体的IR信号仍主要来自β-折叠结构，但吸收峰向更高波数移动，提示β-折叠结构的有序度降低。ThT实验也证实仑卡奈单抗对聚集速率的减缓作用较小。
结论
本研究通过纳米光谱学方法，直接可视化了两种抗淀粉样蛋白抗体对Aβ-42蛋白聚集体的差异化作用。主要结论如下：
- 1.
阿杜卡单抗：与Aβ-42共孵育能显著减少游离寡聚体（初级成核途径）的数量；促进单个纤维交联形成更大直径的纤维束；其结合机制主要涉及疏水相互作用和氢键，而非静电作用；结合后，聚集体的二级结构中α-螺旋成分相对增加。
- 2.
仑卡奈单抗：与Aβ-42共孵育并未显著抑制寡聚体的生成；对Aβ-42原纤维具有特异性高亲和力，能沿其全长结合；对整体聚集动力学的减缓作用较弱。
- 3.
共同点与重要发现：两种抗体均未观察到能诱导Aβ-42原纤维或成熟纤维发生表面吸附驱动的解离。这与某些小分子（如左旋多巴）能导致纤维解离形成“歧路”寡聚体的作用机制截然不同。
展望
这项工作阐明的抗体与特定蛋白靶点相互作用的机制，可为设计在AD临床前或无症状阶段即有效的免疫疗法提供有用指导。此外，本文展示的纳米光谱学方法不仅限于研究生物类似抗体与合成蛋白的作用，未来还可扩展应用于表征AD患者脑脊液（Cerebrospinal Fluid, CSF）中的淀粉样蛋白和tau蛋白亚型，并与接受实际药物治疗的个体进行比较，从而以无标记方式验证抗淀粉样蛋白抗体治疗的有效性。
