哈佛华人团队：纳米探针加快老年痴呆症研究

最近，来自马萨诸塞州总医院（MGH）和哈佛大学罗兰研究所的一个研究小组，使用由哈佛大学/罗兰学院开发的一种专门的纳米探针，直接测量活的培养细胞内的关键蛋白的水平。相关结果发表在《Nano Letters》杂志。

　　

生物通报道：最近，来自马萨诸塞州总医院（MGH）和哈佛大学罗兰研究所的一个研究小组，使用由哈佛大学/罗兰学院开发的一种专门纳米探针，直接测量活的培养细胞内的关键蛋白的水平。相关结果发表在国际期刊《Nano Letters》，在这项研究中，研究人员使用这种设备，来记录老年痴呆症相关蛋白——淀粉样β蛋白（A-β）和tau蛋白在神经元和其他细胞（暴露于一种已知可在小鼠大脑中产生老年痴呆症样变化的麻醉剂）中的水平。他们的研究结果支持一个观点：A-β淀粉样蛋白的生成，是导致老年痴呆症神经退化特征的第一步。

本文第一作者、罗兰研究所的研究员Feng Liang指出：“为了研究A-β蛋白和tau蛋白的动力学，我们需要一种方法来触发这两种蛋白的表达，也需要一种工具来追踪蛋白表达的动态变化。”

在2008年，当前团队的一些MGH成员表明，在培养细胞和小鼠的大脑中，麻醉剂异氟烷可诱导老年痴呆症中出现的特征性变化——包括细胞死亡酶的激活和A-β淀粉样蛋白的产生。2014年，哈佛大学/罗兰学院的研究人员证明，他们这种纳米设备能够检测活的培养细胞内的蛋白质水平。当前的研究合并了这些结果，以调查关于老年痴呆症机制的一个关键问题——这种疾病的特征是A-β蛋白的产生，还是生成异常形式的tau蛋白。

哈佛大学/罗兰学院开发的这种尖端设备大约50纳米(十亿分之一米)宽，比单个细胞小200倍。集成的金奈米棒作为生物传感器，用于所谓的表面等离子体共振（响应光信号的电子振荡，可能触发反映蛋白质结合信号的光学读数）。靶定特定蛋白质的抗体，可以结合到探针上，以具体测定蛋白质含量。该研究团队首先证明，可以使用纳米等离子纤维尖端探针(nFTP)来量化单个细胞中的蛋白质含量，而不影响它们的活力和生存能力。

索取Lifetech iBind Flex Western System的详细技术资料，了解它如何让转膜后的工作变轻松

然后，研究人员使用nFTP设备，在经过异氟烷处理的培养细胞中，跟踪A-β蛋白和老年痴呆症形式tau蛋白的水平变化，其特点是过量的磷酸盐分子。读数表明，A-β蛋白表达，比磷酸化的tau蛋白水平的增加，领先了几个小时。该研究团队随后表明，虽然阻断A-β蛋白表达可降低tau水平，但是阻断tau蛋白并没有阻止A-β蛋白的初始上升。然而，如果没有磷酸化的tau蛋白表达，A-β蛋白水平最终开始下降，从而表明在这种A-β蛋白生成过程中的一个序列，刺激了tau蛋白的磷酸化，这进一步促进了A-β蛋白的产生。

本文共同通讯作者、罗兰研究所的Qimin Quan博士指出：“我们以极高的敏感性，把传统的免疫测定带进了活细胞。该设备测定大量单细胞的能力仍然是有限的，还需要进一步改进。但其极高的灵敏度、免标记和单细胞能力，使它成为一种独特的工具，诊断临床上获得的有限样本。”

本文共同通讯作者、MGH麻醉、急救护理和疼痛医学系老年麻醉研究部门主任谢仲淙（Zhongcong Xie）教授补充说：“每年大约有850万名老年痴呆症患者需要麻醉和手术护理。了解麻醉如何影响老年痴呆症背后的机制，需要麻醉学、神经学和工程学专家之间的合作。此外，使用麻醉剂和nFTP设备测量A-β和tau蛋白之间的相互作用，只是第一步。”

β淀粉样蛋白和tau蛋白，都与老年痴呆症认知障碍的发生与发展起到了作用。2013年9月，来自美国国立卫生研究院NIH的一组研究人员公布了一项成果，揭示出β-淀粉样蛋白纤维不同的分子结构也许决定于阿尔茨海默症患者不同的临床病史和不同的脑损伤程度。这一发现将有助于研发出新型治疗方法，提高针对这种常见疾病的诊断和治疗效果。相关阅读：《Cell》：首次详细解析β淀粉样蛋白纤维结构。

2015年3月，美国梅奥诊所的研究人员，通过检测3600多份尸检大脑样本，发现功能失调的tau蛋白积累，是阿尔茨海默病患者认知能力下降和记忆力减退的真正源头。相关研究结果发表在国际权威期刊《Brain》。相关阅读：Brain：Tau蛋白与β淀粉蛋白之争。

根据亚利桑那大学（UA）的一项研究表明，酵母细胞有时可逆转阿茨海默症等疾病相关的蛋白质错误折叠和聚集。这一发现，反驳了“一旦朊蛋白变成聚集形状，该变化就不可逆转”的想法。相关研究结果发表在2014年12月的《eLife》杂志。相关阅读：颠覆性发现 淀粉样蛋白可逆转。

（生物通：王英）

注：谢仲淙，教授，****，美国韦恩州立大学药理学博士，哈佛大学神经生理学博士后。现就职于哈佛医学院附属麻省总医院，老年麻醉研究室主任。中华医学会麻醉学分会海外常务顾问，ASA老年麻醉委员会、ASA老年麻醉推进会(SAGA)及国际华人麻醉学院候任主委。累计主持、参与美国国立卫生研究所(NIH)、美国国立综合医学研究所(NIGMS)等科研项目10余项。现已发表70多篇SCI收录论文，包括《Journal of Biological Chemistry》,《Neurobiology of Aging》，《Journal of Neuroscience》等，并担任国际杂志《PLoS One》、《Translational Neurodegeneration》、《Medical Gas Research》、《Open Aging Journal》等的编委。

生物通推荐原文：
Feng Liang et al, Direct tracking of amyloid and Tau dynamics in neuroblastoma cells using nanoplasmonic fiber tip probes, Nano Letters (2016). DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b00320