β-半乳糖胺修饰的Aβ9-21糖肽调控Aβ42纤维化结构形成并减轻其神经毒性

本研究针对阿尔茨海默病（AD）中Aβ42异常聚集的病理机制，通过设计Tyr-O-糖基化修饰的Aβ9-21糖肽，发现β-GalNAc修饰的糖肽（4b）能显著促进Aβ42纤维化并减少毒性寡聚体。结合冷冻电镜（cryo-EM）和分子动力学模拟，揭示了糖肽通过氢键网络与Aβ42协同形成新型纤维结构的分子机制，并在细胞和AD模型小鼠中证实其神经保护作用，为靶向淀粉样蛋白聚集的干预策略提供了新思路。

　　

在神经退行性疾病领域，淀粉样蛋白（Aβ）的异常聚集被认为是阿尔茨海默病（AD）的核心病理特征。Aβ₄₂通过自组装形成寡聚体或纤维结构，其中寡聚体因其高神经毒性备受关注。然而，现有研究多聚焦于抑制Aβ聚集的分子，而能够调控其聚集路径以减少毒性物种的策略仍属空白。此外，蛋白质翻译后修饰（如糖基化）如何影响Aβ聚集的分子机制尚不明确。针对这些问题，北京大学的研究团队在《Nature Communications》发表了一项创新性研究，通过设计糖基化修饰的Aβ片段肽，揭示了糖肽调控Aβ₄₂聚集的原子级结构基础及其神经保护潜力。

研究团队采用固相肽合成（SPPS）制备了6种Tyr-O-糖基化修饰的Aβ_9-21糖肽，通过硫黄素T（ThT）荧光分析、圆二色谱（CD）和生物层干涉术（BLI）筛选出β-GalNAc修饰的糖肽（4b）作为最强促聚集剂。结合冷冻电镜解析了Aβ₄₂-4b共组装形成的三种纤维多态性结构（P1-P3），并利用分子动力学模拟阐明了糖链介导的氢键网络稳定机制。在APP/PS1转基因小鼠模型中，脂质体包裹的4b显著改善了空间认知障碍和神经元丢失。

β-GalNAc Aβ_9-21促进Aβ₄₂纤维化并减少寡聚体
通过ThT动力学分析发现，4b可使Aβ₄₂的β-折叠含量提升33%（从15%至20%），并通过透射电镜（TEM）观察到长纤维结构形成。Native-PAGE显示4b显著降低Aβ₄₂寡聚体比例，证实其将毒性物种导向纤维化路径的调控能力。

冷冻电镜揭示共组装纤维的原子结构
冷冻电镜解析的三种纤维多态性中，P1（占比33%）由6条链构成，包括Aβ₄₂的W型折叠（亚型1）和4b衍生的β-链（亚型4）。关键发现是4b通过Gln15-Leu17-Phe19与Aβ₄₂形成疏水相互作用和π-π堆叠，稳定纤维核心。值得注意的是，糖链因动态柔性未在密度图中显现，但分子动力学模拟揭示其通过轴向4-OH形成层间氢键网络。

糖链立体化学决定促聚集效能
比较β-GalNAc（4b）与α-GalNAc（4g）的模拟轨迹发现，4b的β构型使其4-OH能与相邻糖链3-OH形成高占据率（>60%）氢键，而α构型因空间位阻导致氢键网络紊乱。这解释了为何4b的促聚集效果显著优于其他糖型。

体内外验证神经保护作用
在SH-SY5Y细胞中，4b使Aβ₄₂的细胞毒性降低50%（CCK-8检测）。APP/PS1小鼠经4b治疗2个月后，Morris水迷宫测试显示其穿越平台次数增加2倍（p<0.01），海马区尼氏染色神经元数量恢复至野生型水平。

该研究首次证实糖肽可通过“共组装-重构”机制改变Aβ₄₂的聚集路径，其意义在于：1）提出糖基化修饰作为调控淀粉样蛋白聚集的新维度；2）为设计靶向Aβ聚集的糖肽类药物提供结构模板；3）开创了通过促进纤维化而非抑制聚集来减轻毒性的治疗新策略。团队开发的Tyr-O-糖基化建模方法（Rosetta/Gromacs）也为罕见翻译后修饰的研究提供了技术参考。未来需进一步探索糖肽穿越血脑屏障（BBB）的优化递送方案及其对tau蛋白等其它淀粉样蛋白的调控潜力。