科研進(jìn)展
蘭州化物所阿爾茨海默病早期診斷與機(jī)制研究獲新進(jìn)展
阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)已成為全球威脅老年人健康的主要神經(jīng)退行性疾病之一，早期診斷、早期干預(yù)是目前臨床防治AD的重要手段。然而，AD病理機(jī)制十分復(fù)雜，其早期診斷仍面臨諸多挑戰(zhàn)。
近年來，研究逐漸聚焦于溶酶體功能障礙與蛋白質(zhì)異常相分離的關(guān)聯(lián)。液-液相分離（LLPS）被認(rèn)為是異常蛋白聚集的重要始事件，而自噬-溶酶體體系的酸化缺陷被視為推動這一過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，如何在活細(xì)胞內(nèi)精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)、原位監(jiān)測溶酶體pH動態(tài)，研究其與相分離之間作用機(jī)制研究，成為破解AD早期診斷技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。
近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所天然藥物與化學(xué)測量研究中心海軍研究員團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地開發(fā)了一種近紅外光（NIR）/pH雙重激活DNA納米探針（UTPH），首次實(shí)現(xiàn)了對AD病理過程中（如Aβ聚集時(shí)）溶酶體pH動態(tài)變化的實(shí)時(shí)、原位成像分析技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了溶酶體pH動態(tài)變化與AD疾病進(jìn)展高度相關(guān)。該技術(shù)具有高度模塊化和可編程性，通過調(diào)整DNA序列中的CGC比例，可精細(xì)調(diào)控探針對溶酶體pH的敏感性范圍；通過替換靶向配體，該技術(shù)可擴(kuò)展應(yīng)用于其它細(xì)胞器（如線粒體、細(xì)胞核）的溶酶體pH動態(tài)精準(zhǔn)監(jiān)測。研究結(jié)果為AD等多種神經(jīng)退行性疾病的病理機(jī)制、早期診斷和藥物篩選提供了通用的分子工具，也為在亞細(xì)胞水平探索生命過程和疾病機(jī)制開辟了新途徑。
圖1. UTPH納米探針合成及模塊化設(shè)計(jì)示意圖
研究工作以“Spatiotemporally controlled imaging of lysosomal pH via NIR/pH dual-activatable DNA nanomachines for early Alzheimer's disease detection”為題發(fā)表在Sensors and Actuators: B. Chemical(2025,444,138389)上。蘭州化物所博士生高飛為論文第一作者；蘭州化物所海軍研究員、邸多隆研究員、趙婷婷助理研究員，廈門大學(xué)楊立朝教授為該論文共同通訊作者。
團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探索溶酶體功能變化與Aβ蛋白相分離之間的關(guān)系。通過ATRP合成pH響應(yīng)骨架，將AIE染料四苯乙烯（TPE）共價(jià)接枝，并自組裝包載近紅外ACQ染料吲哚菁綠（ICG），形成AIE/ACQ協(xié)同的比率成像納米結(jié)構(gòu)探針(PTI)，實(shí)現(xiàn)AD自噬溶酶體酸化缺陷及其驅(qū)動的相分離過程的可視化“全流程”監(jiān)測。
機(jī)制研究顯示，p62通過其UBA結(jié)構(gòu)域與多聚泛素化鏈結(jié)合介導(dǎo)LLPS；在溶酶體功能受損與Aβ累積協(xié)同作用下，多價(jià)互作與弱相互作用（如暴露組氨酸側(cè)鏈的pH敏感作用）共同降低體系溶解度、增強(qiáng)相分離驅(qū)動力，促進(jìn)p62-泛素化Aβ復(fù)合體的病理性凝集。該結(jié)果從相分離驅(qū)動與自噬障礙兩個維度揭示了AD中Aβ聚集病理進(jìn)展中的協(xié)同耦合機(jī)制。體內(nèi)研究進(jìn)一步驗(yàn)證了PTI的應(yīng)用潛力。靜脈給藥后結(jié)果顯示，探針可穿越血腦屏障進(jìn)入腦組織，且AD小鼠模型的腦區(qū)近紅外信號隨Aβ劑量變化而改變，以此可判別腦組織病理性酸化狀態(tài)。以上研究實(shí)現(xiàn)了自噬溶酶體酸化缺陷與病理性相分離的“同位、同步、同源”可視化解碼，揭示了Aβ聚集與溶酶體功能障礙的協(xié)同作用是LLPS的重要驅(qū)動力，為相分離調(diào)控與AD早期診斷、早期干預(yù)提供了新視角與策略，有望應(yīng)用于多種神經(jīng)退行性疾病的早期診斷和藥物開發(fā)。
圖2. 比率型熒光探針PTI合成及AD自噬溶酶體酸化與相分離機(jī)制研究
該研究工作以“Visual Whole-Process Monitoring Dynamic Phase Separation of Autophagic Lysosomes in Alzheimer’s Disease by a Lysosome-Targeted pH-Activated Fluorescence Probe”為題發(fā)表在Analytical Chemistry(2025,97,41,22518–22529)上。蘭州化物所博士生高飛與廈門大學(xué)博士生林萬銓為共同第一作者；蘭州化物所海軍研究員、邸多隆研究員，廈門大學(xué)楊立朝教授，新疆大學(xué)范仲雄副教授為該論文共同通訊作者。
以上研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、甘肅省科技計(jì)劃項(xiàng)目和中國科學(xué)院蘭州化物所人才引進(jìn)專項(xiàng)等的支持。
