单分子水平与分子动力学模拟揭示杀菌剂嘧霉胺促进Aβ42聚集的复杂机制及其阿尔茨海默病关联性

本研究通过单分子纳米孔技术、共聚焦荧光光谱和分子动力学模拟，揭示有机杀菌剂嘧霉胺(pyrimethanil)通过促进Aβ42初级成核、纤维碎片化及调控单体-纤维相互作用，加速淀粉样蛋白聚集的复杂机制，为环境因素影响阿尔茨海默病(AD)病理进程提供关键实验证据。

　　

淀粉样蛋白β₄₂(Aβ₄₂)的异常聚集是阿尔茨海默病(AD)的核心病理特征，而环境污染物对其聚集过程的影响机制尚不明确。近年研究发现，广泛应用于有机农业的杀菌剂嘧霉胺(pyrimethanil)在转基因小鼠模型中会加剧AD病理标志物沉积，但其分子机制缺乏系统性研究。传统群体检测技术难以捕捉Aβ₄₂聚集过程中瞬态寡聚体的动态变化，这成为阐明环境毒素作用机制的瓶颈。

为破解这一难题，研究人员开展了一项多技术融合的创新研究。通过单分子纳米孔技术实时监测6-13.5 nm寡聚体的形成动态，结合共聚焦荧光光谱解析β-片层结构演化，并辅以分子动力学模拟揭示分子互作本质。研究发现嘧霉胺通过三重机制影响Aβ₄₂聚集：在无预制纤维条件下，显著促进直径6-13.5 nm寡聚体的初级成核；当存在预制纤维时，既能切割成熟纤维为更小片段，又能协同新生片段加速次级聚集。分子动力学模拟证实嘧霉胺与纤维的亲和力高于单体，可削弱单体-纤维相互作用。该成果发表于《Biophysical Chemistry》，为环境毒素参与神经退行性疾病发生提供了直接证据。

关键技术包括：1) 10-14 nm纳米孔单分子检测技术实时追踪寡聚体体积分布；2) 共聚焦荧光光谱单分子检测β-片层结构动态；3) CHARMM36力场优化的分子动力学模拟分析分子相互作用。

3.1 嘧霉胺对Aβ₄₂聚集动力学的影响
ThT荧光实验显示，嘧霉胺使试管中Aβ₄₂聚集T₅₀时间缩短34.4%，微孔板中缩短20%。电镜证实其促进典型淀粉样纤维形成，但种子实验表明其对次级成核影响有限。

3.2 滞育期寡聚体表征
纳米孔检测首次发现：对照组未检出寡聚体，而嘧霉胺组在60分钟内生成200-800 nm³寡聚体，300分钟后扩大至800-2000 nm³。共聚焦荧光显示嘧霉胺诱导>1秒停留时间的超大β-片层聚集体，而添加种子后产生更多<1秒的短时信号，证实其纤维切割作用。

3.3 分子动力学模拟
130 ns模拟显示嘧霉胺优先结合纤维而非单体，使单体-纤维相互作用能降低。这种选择性结合可能解释其既促进初级成核又诱导纤维碎片化的双重功能。

该研究首次在单分子水平阐明嘧霉胺通过"促进-切割-协同"的三重作用模式调控Aβ₄₂聚集，突破性地将农药暴露与AD分子病理相关联。所建立的多尺度研究方法为环境毒素的神经毒性机制研究提供了新范式，对AD的环境风险预警具有重要价值。