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为解决阿尔茨海默病(AD)治疗难题,研究人员开展从植物源黄酮类化合物中寻找潜在淀粉样 β(Aβ)纤维解聚分子的研究。结果发现 5 种黄酮类化合物与 Aβ(1 - 42)纤维结合能力强,复合物稳定。该研究为 AD 治疗提供新方向。
阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)是一种令人谈之色变的进行性神经系统疾病,它就像大脑中的 “橡皮擦”,悄无声息地抹去患者的记忆、语言和行为能力,严重影响患者的日常生活。目前,AD 的治疗仍是医学领域的一大难题,尚无有效的治愈方法。其主要病因被认为是大脑细胞内外异常的蛋白质积累,尤其是淀粉样 β(Amyloid-β,Aβ)蛋白的异常聚集。Aβ 单体在多种因素作用下,会逐渐聚集形成具有神经毒性的 Aβ 纤维,这些纤维进一步堆积形成斑块,如同大脑中的 “毒瘤”,持续破坏细胞功能,引发一系列神经退行性病变。
在这样的背景下,为了寻找治疗 AD 的新希望,来自多个研究机构的研究人员(具体单位未明确)展开了一项意义重大的研究。他们将目光投向了植物源黄酮类化合物,希望从中找到能够有效解聚 Aβ 纤维的潜在分子。最终,研究取得了令人振奋的成果,发现了 5 种具有潜力的黄酮类化合物,为 AD 的治疗开辟了新的方向。该研究成果发表在《Brain Disorders》杂志上,引起了科学界的广泛关注。
研究人员为了开展此项研究,主要运用了以下关键技术方法:首先,从多个数据库中选取了 500 种植物源黄酮类化合物作为研究对象。接着,利用计算机辅助药物设计中的分子对接技术,模拟黄酮类化合物与 Aβ 纤维的结合情况,筛选出具有高结合潜力的分子。然后,通过分子动力学模拟(Molecular Dynamics Simulation,MD Simulation)研究这些化合物与 Aβ 纤维形成的复合物的稳定性。此外,还运用密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)对化合物的电子结构进行分析,评估其化学活性和稳定性。
下面详细介绍研究结果:
- 结合位点鉴定:利用 PrankWeb 工具在 Aβ(1 - 42)纤维的三维结构中鉴定出 10 个潜在结合位点,这些位点在后续的分子对接研究中起着关键作用。研究人员通过特定方法创建受体网格,提高了配体姿态评分的准确性。
- 活性分子筛选及结构分析:从 500 种分子中筛选出 125 种具有血脑屏障穿越能力的黄酮类化合物进行分子对接研究。结果显示,有 5 种分子(prenylmethoxy flavonol、isopentenyl flavonol、7,3′ - Dihydroxyflavone、7 - Hydroxy - 5 - methyl - 4′ - methoxyflavone、8 - hydroxy - 7 - methoxyflavone)与 Aβ 纤维的结合能与标准药物多奈哌齐(Donepezil)接近,展现出较强的结合亲和力和潜在的解聚能力。
- 分子作用机制分析:Aβ 肽的错误折叠倾向导致有毒的寡聚体和纤维形成,引发 AD 病理。而黄酮类化合物作为天然抗氧化剂,能够与 Aβ 肽结合,阻止 β - 折叠的形成并促使肽解聚。通过分析发现,这 5 种化合物与 Aβ 纤维形成了多种相互作用,如氢键和疏水相互作用。以 prenylmethoxy flavonol 为例,它与关键残基形成了 4 个强氢键;isopentenyl flavonol 则通过疏水相互作用和氢键稳定结合在纤维核心。
- 分子动力学模拟研究:MD 模拟结果表明,这 5 种化合物与 Aβ 纤维形成的复合物在模拟过程中保持相对稳定。例如,amyloid - β fibrils - prenylmethoxy flavonol 复合物的蛋白质均方根偏差(Root - Mean - Square Deviation,RMSD)值在 4.8 - 7.1 ? 之间,配体 RMSD 值在 12.5 - 18.2 ? 之间,证实了复合物的稳定性。
- DFT 研究:通过 FMO 分析化合物的电子参数发现,8 - hydroxy - 7 - methoxyflavone 的能隙(ΔE)最小,为 2.665 eV,表明其化学活性高,电荷转移性能好;Isopentenyl flavonol(ΔE = 2.687 eV)和 Prenylmethoxy flavonol(ΔE = 2.750 eV)也具有较好的反应活性。
研究结论和讨论部分指出,该研究成功运用多种分子建模工具,从植物源黄酮类化合物中预测出了潜在的 Aβ 纤维解聚剂。这 5 种黄酮类化合物不仅在分子对接实验中表现出良好的结合能力,而且在 MD 模拟和 DFT 分析中也展现出较高的稳定性和活性。然而,研究也存在一定的局限性,仅通过计算方法进行研究,无法完全重现生物系统的复杂性,还需要进一步开展体外(in vitro)和体内(in vivo)实验进行验证。但这项研究为 AD 治疗药物的研发奠定了坚实的基础,有望在未来推动 AD 治疗领域取得新的突破,为众多 AD 患者带来新的希望。