刺突蛋白片段促进阿尔茨海默病淀粉样蛋白生成

基本信息

英文标题：Spike Protein Fragments Promote Alzheimer's Amyloidogenesis.

中文标题：刺突蛋白片段促进阿尔茨海默病淀粉样蛋白生成

发表期刊：《ACS Applied Materials & Interfaces》

影响因子：9.5

作者单位：同济大学环境科学与工程学院、克莱姆森大学物理与天文系等

作者信息：Sujian Cao, Zhiyuan Song, Jinyu Rong (共同第一作者)，Nicholas Andrikopoulos，Xiufang Liang，Yue Wang，Guotao Peng (通讯作者)，Feng Ding (通讯作者)，Pu Chun Ke (通讯作者)

研究背景

阿尔茨海默病(AD)是导致痴呆的主要原因，其病理机制尚未完全明确。虽然淀粉样前体蛋白Aβ的聚集与AD中的神经退行性有关，但病毒感染在AD发病机制中的作用尚不明确。COVID-19大流行对人类器官和功能造成损害，但其对AD病理生物学和其他人类状况的不良影响仍不清楚。

研究方法

通过计算肽阵列方法和离散分子动力学(DMD)模拟，研究了SARS-CoV-2冠状病毒刺突蛋白的一个短片段(1058HGVVFLHVTYV1068，简称Spike1058)的淀粉样蛋白生成潜力。进一步通过体外和体内实验，包括ThT荧光动力学测定、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、圆二色光谱(CD)、尺寸排阻-高性能液相色谱(SEC-HPLC)、表面等离子共振(SPR)光谱和分子动力学模拟，研究了Spike1058对Aβ聚集和毒性的影响。

实验结果

图1主要展示了Spike196和Spike1058的自聚集过程。其中包括了每个肽的二级结构含量和残基级别的β折叠倾向，以及肽之间的接触图。还展示了使用二维平均力势(PMF)的聚集自由能地形图，该图显示了Spike片段的β-sheet含量与聚集簇中的肽数之间的相互作用。此外，还展示了Spike196和Spike1058观察到不同数量的β-sheet层的概率，并给出了相应的代表快照。

图2主要展示了Spike1058与Aβ肽的共聚集过程。其中包括使用WHAM在rxDMD模拟中生成的Spike1058与Aβ42单体之间的热图，以及Spike1058对Aβ12−22和Aβ27−37中每肽β-sheet含量的影响。还展示了聚集自由能地形图，该图显示了包括Aβ12−22和Aβ27−37在内的肽的聚集簇的数量和β-sheet含量。

图3主要展示了Spike1058加速了Aβ的淀粉样纤维化过程。其中包括了使用ThT荧光检测法测定Aβ(浓度为25μM)在存在和不存在Spike1058(浓度分别为12.5，25，和50μM)时的淀粉样聚集过程。此外，还提供了ThT荧光法得到的聚合参数(半衰期，滞后期，和明显聚合常数k值)随时间的变化。最后，提供了CD检测法得到的非培养和培养后Aβ(浓度为25μM)的二级结构剖面图。

Tukey’s多组比较分析中显示Spike1058显著加快了Aβ的聚合速度，降低聚合时间并加快聚合速度常数k。

图4主要展示了Spike1058加速了Aβ诱导SH-SY5Y人神经元细胞和Zebrafis鱼胚胎的不良影响。包括细胞存活率、ROS水平以及活体成像分析等数据。其中在细胞水平上，发现添加Spike1058的Aβ对细胞的影响大于不添加的对照组;在活体实验中，Spike1058加速了Aβ对鱼胚胎孵化率和存活率的不良影响。

与对照组相比，添加Spike1058的Aβ在细胞水平和活体实验中均表现出更强的毒性作用。

图5主要展示了Spike1058加速了Aβ诱导Zebrafis鱼胚胎的不良影响以及ROS水平的变化。

总的来说，这些图片主要展示了Spike1058对Aβ淀粉样纤维化、细胞毒性以及活体毒性作用的加速作用，同时也展示了这些作用的实验数据。这些图片对于理解Spike1058对Aβ聚集过程的影响以及潜在的应用具有重要意义。

Spike1058被发现具有毒性，并且与Aβ的淀粉样蛋白生成片段具有高度结合亲和力，从而在体外和计算机模拟中促进了肽的聚集和毒性，同时在斑马鱼胚胎暴露后延缓了孵化和生存。

研究结论

阿尔茨海默病(AD)是导致老年人认知丧失、衰退和死亡的主要原因之一。

虽然肽Aβ的淀粉样纤维化在AD的神经退行性变中被认为是主要因素，病毒感染也在脑疾病的病因学中扮演着明确的roles。

尽管COVID-19大流行被认为会损害人体器官和功能，但其对AD病理生物学和其他人类状况的副作用仍然不清楚。

本研究发现SARS-CoV-2冠状病毒刺突蛋白的1058HGVVFLHVTYV1068短片段的淀粉样生成潜力，并具有毒性。

该肽片段与Aβ的淀粉样生成片段具有高结合倾向，从而促进肽在体外和计算机模拟中的聚集和毒性。

该肽片段阻碍了受暴露的斑马鱼胚胎的孵化和存活率。

本研究暗示SARS-CoV-2病毒感染可能是AD病理学的潜在因素，这是我们在理解和克服长期新冠(LongCovid)研究中较少探索的领域。