阿尔茨海默病的一个可能的早期驱动因素是淀粉样肽分子的积累。它们会导致细胞死亡，并且常见于阿尔茨海默病患者的大脑中。瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员现已证明，积累这些错误折叠淀粉样肽的酵母细胞在用氧化石墨烯纳米片处理后可以恢复。
阿尔茨海默病是一种无法治愈的脑部疾病，会导致痴呆和死亡，给患者及其家人带来痛苦。据估计，全世界有超过4000万人患有这种疾病或相关形式的痴呆症。据《今日阿尔茨海默病新闻》报道，这些疾病造成的全球损失估计占全球国内生产总值的百分之一。
错误折叠的淀粉样β肽（ Aβ肽）在大脑中积累和聚集，被认为是阿尔茨海默病的根本原因。它们会在神经元（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，还没有有效的策略来治疗大脑中淀粉样蛋白的积累。
查尔姆斯理工大学的研究人员现已证明，用氧化石墨烯处理可以降低酵母细胞模型中聚集的淀粉样肽的水平。
查尔姆斯理工大学系统生物学研究员、该研究的第一作者Xin Chen表示：“其他研究人员最近也证实了氧化石墨烯的这种作用，但并未在酵母细胞中得到证实。” “我们的研究还解释了这种效应背后的机制。氧化石墨烯会影响细胞的新陈代谢，从而增强细胞对错误折叠蛋白质和氧化应激的抵抗力。此前尚未有过报道。”
研究使用面包酵母受阿尔茨海默病影响的机制
在阿尔茨海默氏病中，淀粉样蛋白聚集体通过引起各种细胞代谢紊乱来发挥神经毒性作用，例如内质网的压力——细胞的主要部分，许多蛋白质都是在内质网中产生的。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。
这些聚集体还会影响细胞动力室线粒体的功能。因此，神经元暴露于增加的氧化应激（称为氧自由基的反应分子，它会损害其他分子）；脑细胞对某些东西特别敏感。
查尔姆斯理工大学的研究人员通过蛋白质分析（蛋白质组学）和后续实验相结合的方式进行了这项研究。他们使用面包酵母（酿酒酵母）作为人体细胞的体内模型。两种细胞类型都具有非常相似的控制蛋白质质量的系统。该酵母细胞模型是该研究小组先前建立的，用于模拟受阿尔茨海默病影响的人类神经元。
“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，β42 是最容易形成聚集体的淀粉样肽形式，”Xin Chen 说。“这些细胞比正常细胞衰老得更快，表现出内质网应激和线粒体功能障碍，并且有害活性氧自由基的产生量增加。”
氧化石墨烯纳米片寄予厚望
氧化石墨烯纳米片是具有独特性能的二维碳纳米材料，包括出色的导电性和高生物相容性。它们广泛用于各种研究项目，包括癌症治疗、药物输送系统和生物传感器的开发。
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，它会阻碍蛋白质聚集体的形成，并促进现有聚集体的分解，”查尔姆斯理工大学系统生物学研究员、该研究的合著者桑托什·潘迪特（Santosh Pandit）说。“我们相信纳米片通过两条独立的途径发挥作用，减轻淀粉样蛋白-β42 在酵母细胞中的毒性作用。”
在一种途径中，氧化石墨烯直接发挥作用，防止淀粉样蛋白-β42 积累。另一方面，氧化石墨烯通过一种（目前未知的）机制间接发挥作用，其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一个问题。然而，查尔姆斯理工大学的研究小组表示，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降低亨廷顿病特有的蛋白质聚集体的毒性作用。
“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输送系统来治疗阿尔茨海默病。” 陈鑫说。“我们还想测试氧化石墨烯是否对帕金森病等神经退行性疾病的其他模型具有有益作用。”
更多关于：蛋白质和肽
蛋白质和肽本质上是相同类型的分子，并且由氨基酸组成。肽分子较小——通常含有少于 50 个氨基酸——并且结构不太复杂。如果蛋白质和肽在细胞中形成过程中以错误的方式折叠，它们都会变形。当许多β-淀粉样肽在大脑中积聚时，聚集物被归类为蛋白质。
Journal Reference:
Xin Chen, Santosh Pandit, Lei Shi, Vaishnavi Ravikumar, Julie Bonne Køhler, Ema Svetlicic, Zhejian Cao, Abhroop Garg, Dina Petranovic, Ivan Mijakovic. Graphene Oxide Attenuates Toxicity of Amyloid‐β Aggregates in Yeast by Promoting Disassembly and Boosting Cellular Stress Response. Advanced Functional Materials, 2023; DOI: 10.1002/adfm.202304053
本文来自ScienceDaily，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
