阿尔茨海默病的早期驱动因素可能是称为淀粉样肽分子的积累。这些会导致细胞死亡，在阿尔茨海默病患者的大脑中很常见。研究人员现在已经证明，积累这些错误折叠的淀粉样肽的酵母细胞在用氧化石墨烯纳米薄片处理后可以恢复。

《每日科学》

10月4日消息

阿尔茨海默病是一种无法治愈的脑部疾病，会导致失智症和死亡，给患者和他们的家人带来痛苦。据估计，全世界有 4,000 多万人患有这种疾病或相关形式的失智症。据报道，这些疾病的全球成本估计占全球国内生产总值的 1%。

错误折叠的 β-淀粉样蛋白肽，即 Aβ 肽，在大脑中蓄积和聚集，被认为是阿尔茨海默病的根本原因。它们在神经元（脑细胞）中引发一系列有害过程，导致许多重要细胞功能丧失或细胞死亡，从而导致受影响区域的大脑功能丧失。迄今为止，尚无有效策略治疗脑内淀粉样蛋白蓄积。

瑞典查尔姆斯理工大学（Chalmers University of Technology，Chalmers）的研究人员现在已经表明，用氧化石墨烯（Graphene oxide）处理酵母细胞模型可以降低淀粉样肽的聚集水平。研究结果于 7 月发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）杂志上。

研究于2023年7月7日发表在《Advanced Functional Materials》（最新影响因子：19.0）杂志上

“氧化石墨烯的这种作用最近也被其他研究人员证明了，但在酵母细胞中没有，” Chalmers 系统生物学研究员、该研究的第一作者 Xin Chen 说，“我们的研究也解释了这种效应背后的机制。氧化石墨烯会影响细胞的代谢，提高细胞对错误折叠蛋白和氧化应激的抵抗力。这在以前没有报道过。”

该研究第一作者及通讯作者 Xin Chen 博士

研究受阿尔茨海默病影响的面包酵母的机制

在阿尔茨海默病中，淀粉样蛋白聚集体通过引起各种细胞代谢紊乱来发挥其神经毒性作用，例如内质网的应激。内质网是细胞的主要部分，许多蛋白质都是在内质网产生的。这会降低细胞处理错误折叠蛋白质的能力，从而增加这些蛋白质的积累。

这些聚集物还会影响线粒体的功能，而线粒体是细胞的动力来源。因此，神经元暴露于增加的氧化应激（称为氧自由基的活性分子，它会损害其他分子）中，脑细胞对此特别敏感。

Chalmers 的研究人员通过结合蛋白质分析（蛋白质组学）和后续实验进行了这项研究。他们使用面包酵母和酿酒酵母作为人体细胞的体内模型。这两种酵母细胞具有非常相似的蛋白质质量控制系统。这个酵母细胞模型是研究小组之前建立的，用来模拟受阿尔茨海默病影响的人类神经元。

Xin Chen 说：“我们模型中的酵母细胞类似于受淀粉样蛋白 β42 积累影响的神经元，这是最容易形成聚集体的淀粉样肽。这些细胞比正常细胞衰老更快，表现出内质网应激和线粒体功能障碍，有害活性氧自由基的产生增加。”

人们对氧化石墨烯纳米薄片寄予厚望

氧化石墨烯纳米薄片是一种具有独特性能的二维碳纳米材料，包括优异的导电性和高的生物相容性。它们被广泛应用于各种研究项目，包括癌症治疗、药物递送系统和生物传感器的开发。

这种纳米薄片具有亲水性（水溶性），并且与蛋白质等生物分子相互作用良好。当氧化石墨烯进入活细胞时，它能够干扰蛋白质的自组装过程。

“因此，它可以阻碍蛋白质聚集物的形成，并促进现有聚集物的分解，” Chalmers 系统生物学研究员、该研究的合著者 Santosh Pandit 说，“我们相信纳米薄片通过两种独立的通路来减轻酵母细胞中淀粉样蛋白 β42 的毒性作用。”

在一个通路中，氧化石墨烯直接作用于防止淀粉样蛋白 β42 累积。在另一种情况下，氧化石墨烯通过一种（目前未知的）机制间接发挥作用，在这种机制中，应激反应的特定基因被激活。这增加了细胞处理错误折叠蛋白质和氧化应激的能力。

如何治疗阿尔茨海默病患者仍然是未来的问题。然而，根据 Chalmers 研究小组的说法，氧化石墨烯在神经退行性疾病领域的未来研究中具有巨大的潜力。该研究小组已经能够证明，在酵母模型中，氧化石墨烯治疗还可以减少亨廷顿病特异性蛋白质聚集体的毒性作用。

Xin Chen 说：“下一步是研究是否有可能开发一种基于氧化石墨烯的药物递送系统来治疗阿尔茨海默病。我们还想测试氧化石墨烯在其他神经退行性疾病（如帕金森病）模型中是否有益。”

创立于1829年的瑞典查尔姆斯理工大学

参考文献

Source：Chalmers University of Technology

Graphene oxide reduces the toxicity of Alzheimer's proteins

Reference：

Chen, X., Pandit, S., Shi, L., Ravikumar, V., Køhler, J. B., Svetlicic, E., Cao, Z., Garg, A., Petranovic, D., Mijakovic, I., Graphene Oxide Attenuates Toxicity of Amyloid-β Aggregates in Yeast by Promoting Disassembly and Boosting Cellular Stress Response. Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2304053. https://doi.org/10.1002/adfm.202304053

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原文标题:氧化石墨烯降低了阿尔茨海默病蛋白质的毒性