基于抑制剂调控亨廷顿蛋白聚集机制减轻原纤维诱导的细胞应激：对亨廷顿病治疗的潜在意义

《Nature Communications》：Inhibitor-based modulation of huntingtin aggregation mechanisms mitigates fibril-induced cellular stress

为探究小分子聚集抑制剂对亨廷顿病（HD）发病机制的调节作用，研究人员以多酚化合物姜黄素（curcumin）为对象，研究其对亨廷顿蛋白外显子 1（HttEx1）聚集机制的影响。结果发现姜黄素能改变 HttEx1 聚集过程、纤维结构及细胞代谢特性，减轻细胞应激，为 HD 及其他淀粉样疾病治疗策略提供思路。

　　在生命的微观世界里，蛋白质的正确折叠就像精密仪器中的齿轮，精准咬合才能维持机体的正常运转。一旦这个过程出现偏差，错误折叠的蛋白质就如同 “捣乱分子”，会引发一系列严重的健康问题，其中就包括令人棘手的亨廷顿病（Huntington’s disease，HD）。HD 是一种神经退行性疾病，其罪魁祸首是亨廷顿蛋白（huntingtin protein，Htt）的突变片段发生错误折叠和聚集，这些聚集的蛋白质就像细胞内的 “定时炸弹”，会引发细胞应激和细胞毒性，严重破坏神经元的正常功能。然而，目前对于 HD 的治疗手段非常有限，因此，寻找能够有效调节 HD 相关蛋白错误折叠和聚集的方法迫在眉睫。

在这样的背景下，来自荷兰格罗宁根大学（University of Groningen）的研究人员勇挑重担，开展了一项极具意义的研究。他们将目光聚焦在一种常见的多酚化合物 —— 姜黄素（curcumin）上，试图探究姜黄素对亨廷顿蛋白外显子 1（HttEx1）聚集机制的影响，以及这种影响如何改变细胞对 HttEx1 纤维的反应，为 HD 的治疗开辟新的道路。最终，他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为 HD 的研究带来了新的曙光。

研究人员在开展研究时，运用了多种关键技术方法。通过固态核磁共振光谱（solid-state NMR spectroscopy，ssNMR），能够从分子层面分析纤维的结构和动力学变化；利用透射电子显微镜（transmission electron microscopy，TEM），可以直观观察纤维的形态和宽度；借助小角 X 射线散射（small angle X-ray scattering，SAXS），进一步评估纤维的超分子结构和尺寸变化。同时，研究人员还通过细胞实验，如 MTT 检测、CytoTox-Glo 检测和 Calcein AM 染色等，来探究纤维对细胞代谢活性、膜完整性和神经元网络完整性的影响。

下面来看具体的研究结果：

1. 姜黄素干扰 HttEx1 的聚集动力学：研究人员使用硫代黄素 T（Thioflavin T，ThT）荧光团进行淀粉样蛋白敏感染料结合实验，以此研究 HttEx1 在有无姜黄素存在下的聚集动力学。实验结果显示，在没有姜黄素时，HttEx1 形成纤维会使 ThT 荧光增强，出现明显的滞后阶段；而加入姜黄素后，滞后阶段显著延长，且随着姜黄素浓度的增加而延长。这表明姜黄素能够干扰 HttEx1 在错误折叠和聚集过程中的成核过程，延缓致病纤维的形成。
2. 姜黄素抑制导致纤维形态改变：通过负染色 TEM 观察发现，姜黄素存在时，HttEx1 纤维的宽度和聚集倾向都发生了变化，变得更窄且更易聚集在一起。SAXS 分析结果也与 TEM 观察一致，表明姜黄素会使纤维的平均尺寸减小。这说明姜黄素不仅能延缓 HttEx1 的聚集，还能改变纤维的形态和超分子相互作用。
3. 姜黄素影响细胞对 HttEx1 纤维的反应：研究人员分别用 MTT 检测、CytoTox-Glo 检测和 Calcein AM 染色，对小鼠海马 HT22 细胞和人多巴胺能 LUHMES 细胞进行实验。结果表明，HttEx1 纤维会降低细胞代谢活性，具有细胞毒性，还会破坏神经元网络完整性；而在纤维形成过程中加入姜黄素，能显著减轻这些负面影响，提高细胞的代谢活性，减少细胞毒性，对神经元网络完整性的破坏也有所减轻。这充分说明姜黄素对纤维形成的影响能够有效减轻细胞应激。
4. 姜黄素改变纤维的结构和动力学：利用 ssNMR 对标记的蛋白质纤维进行研究，发现姜黄素处理后的纤维在原子水平上，其核心结构与未处理的纤维高度相似，但纤维表面动力学存在差异。具体表现为，姜黄素处理后的纤维中，脯氨酸残基（PRD）的信号强度增加，表明 PRD 的刚性增强，这可能与姜黄素改变了纤维表面的相互作用有关。

在研究结论和讨论部分，研究人员指出，姜黄素作为一种小分子抑制剂，即使在亚化学计量比的情况下，也能对 HttEx1 的聚集产生明显的抑制作用。它主要通过干扰聚集过程中的成核阶段，改变 HttEx1 的聚集途径，从而产生不同的纤维多晶型，对细胞产生不同的影响。虽然目前还无法完全确定姜黄素调节错误折叠过程的确切分子机制，但可以明确的是，姜黄素对 HttEx1 聚集过程的干扰，不仅延缓了聚集，还减轻了纤维引发的线粒体应激反应，提高了细胞对纤维诱导应激的适应性。这一研究成果为 HD 及其他淀粉样疾病的治疗提供了新的思路和潜在的治疗策略，让我们看到了攻克这类疾病的希望。同时，也为后续进一步研究蛋白质聚集机制和开发相关治疗药物奠定了坚实的基础，具有重要的理论和实践意义。