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随着老龄化社会的到来,老年痴呆症(AD)已经严重威胁到社会进步和家庭幸福,正愈来愈受到世界各国人们的关注。越来越多的证据表明β-淀粉样蛋白(Aβ)的聚集和由Cu2+-Aβ聚集体产生的活性氧物种是在AD中发生的两个重要毒害神经的事件。在实验中已观察到金属离子包括Cu2+和Zn2+诱导的Aβ聚集是可逆的,故Aβ聚集体的产生和解聚应能被金属螯合剂所调控。使用螯合配体减轻金属离子的损伤效应而不扰乱体内其它有益性质的金属螯合治疗是治疗AD的合理选择之一。
开发用于治疗AD的多功能螯合剂是本文研究的目标。我们设计并合成了18种荧光螯合剂及其金属配合物,主要采用紫外－可见光谱、荧光光谱、园二色谱、浊度测定、透射电镜和荧光显微镜观测等方法对荧光螯合剂FC-1作用于Cu2+和Zn2+诱导的Aβ聚集体进行了形貌、构象和毒性等多方面的研究,并提出了可能的反应机理。取得的主要结果如下:
1.基于传统的β-淀粉样蛋白成像试剂硫磺素(ThT),本文共合成了18种多功能螯合剂及其配合物,并用元素分析、质谱、核磁和X-射线单晶衍射等方法对它们进行了表征。
2.初步研究结果表明,具有水溶性基团如羧基等的荧光螯合剂不但跨膜能力差,而且识别Aβ聚集体的效果也不好;具有脂溶性基团如吡啶等的荧光螯合剂在这两个方面的性质则相对较好。由于符合严格的类药标准,具有比ThT还好的识别Aβ聚集体的效果,故FC-1被确定为本文研究的重点。
3.荧光光谱测试结果表明FC-1有高荧光量子产率,在pH5～9的范围内和5天的时间内它的荧光比较稳定,除了Cu2+和Ni2+外,其它金属离子不会明显影响它的荧光,而且它还能与Cu2+和Zn2+形成1:1的配合物。此外,FC-1不但能够识别Aβ聚集体,而且还能逐渐使金属-Aβ聚集体解聚,并在2天内逐渐达到平衡的状态。另一方面,FC-1能使金属-Aβ聚集体解聚,浊度减小,说明它能够夺取Aβ聚集体中的金属离子,这也从FC-1作用于Cu2+-Aβ聚集体的紫外光谱实验中得到了证实。透射电镜(TEM)和荧光显微镜(FM)观测的结果表明FC-1的加入能够使金属-Aβ聚集体解聚或者抑制,并使得它的形貌由纤维状改变为无定形;园二色的测试结果说明FC-1的加入还能够使金属-Aβ聚集体的构象发生改变。细胞实验表明FC-1和FC-1与Aβ聚集体的加合物能够跨越细胞膜,这为激光共聚焦显微镜的观测所证实。荧光光谱证实了FC-1能够抑制Cu2+-AB聚集体产生H2O2,但细胞毒性实验发现FC-1的加入能够使金属-Aβ聚集体的毒性增大。这是在实验中首次观察到螯合剂使Aβ40聚集体解聚后其毒性不减反增的现象,基于透射电镜观察到的Aβ聚集体形貌和细胞毒性测试实验,我们提出了可能的作用机理。