王子华/胡志远/陈晓春《ACS Nano》：开发自组装多肽用于阿尔茨海默病无创早期监测

中国是世界上痴呆患者最多的国家，而阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是最常见的痴呆类型。随着社会人口老龄化的到来，AD患病率或将持续增高，给人民群众和社会带来沉重的负担。但是，AD起病隐匿、早期诊断困难。AD在出现典型症状前20多年，体内就可能发生一系列的病理生理改变。脑脊液生物学标志物检测需要患者进行腰椎穿刺，影像学检查需要专用的仪器设备且价格昂贵，这些传统的检查手段难以实现AD的筛查和早期监测。近年来，无创性、成本更低的基于血液学的生物学标志物的检测，已成为研究热点，相关指标被纳入AD研究标准ATN框架中。然而，单分子免疫阵列技术（single-molecule array，Simoa）检测技术费用较高，限制其应用于大规模人群筛查和个体常规使用。因此，开发高灵敏度、高特异度、经济型的血液生物学标志物检测方法，对于AD的无创早期监测具有重要意义。

近期，福建医科大学王子华副研究员、国家纳米科学中心胡志远研究员、福建医科大学附属协和医院陈晓春教授团队合作在材料学顶级期刊《ACS Nano》（中科院1区TOP期刊、影响因子15.8）在线发表了题为“Microarray Chip-Based High-Throughput Screening of Neurofilament Light Chain Self-Assembling Peptide for Noninvasive Monitoring of Alzheimer’s Disease”的研究论文。福建医科大学周莹博士、福建医科大学附属协和医院蔡国恩博士、国家纳米科学中心硕士研究生王远卓和郭雨昕为该论文的共同第一作者。该研究开发了一种基于微流控芯片的高通量筛选方法，可获取靶向神经丝轻链蛋白（neurofilament light chain，NfL）的自组装多肽。通过直接“翻印”并进一步分析自组装多肽的序列、形貌、亲和力，鉴定得到高结合亲和力、高特异度、成本较低的Pep-NfL多肽自组装体。在AD小鼠模型和细胞系中，Pep-NfL呈现了优异的NfL结合特性。在临床环境中，Pep-NfL多肽自组装体可用于血浆NfL的检测并区分AD患者、轻度认知障碍（mild cognitive impairment，MCI）患者和对照组。

靶向NfL的自组装多肽的高通量筛选

NfL是神经轴突损伤的标志，在认知功能减退等临床症状出现前10年，血浆NfL就已经发生改变，并与脑脊液NfL有较好相关性。与传统的抗体相比，自组装多肽具有低成本、高生物相容性、选择性等诸多优势，在疾病的诊断和治疗中具有广阔的应用前景。在本研究中，研究人员基于“一珠一物”（one-bead-one-compound，OBOC）肽库，利用微流控芯片开发了一种高通量筛选和多维度分析系统，用于筛选靶向NfL的自组装多肽（图1）。通过直接“翻印”并进一步比较分析，研究人员筛选得到的Pep-NfL解离常数（dissociation constant，K_D）值达到1.39×10^-9 mol/L，可特异性结合NfL。

图1. 基于OBOC肽库筛选靶向NfL的自组装多肽。

自组装多肽的表征与评价

研究人员进一步通过透射电子显微镜、原子力显微镜、圆二色光谱、傅里叶变换红外光谱等表征了Pep-NfL的形貌和重要参数，发现其自组装形成纳米皮层结构，尺寸随着时间变化增大，形成β折叠结构（图2）。

图2. 自组装多肽Pep-NfL的表征与评价。

自组装多肽的结合特异性

研究人员将异硫氰酸荧光素（fluorescein isothiocyanate，FITC）标记多肽，将Cy5标记抗NfL抗体，通过荧光成像分析检测Pep-NfL的结合性能。结果表明，与对照组相比，在AD小鼠模型的脑组织和人神经母细胞瘤细胞系中，Pep-NfL与NfL呈现强荧光信号和荧光共定位（图3）。

图3. 自组装多肽靶向性亲和力与特异性的体外验证。

自组装多肽检测AD血浆样本的特异性和敏感性

尽量减少所需血液样本体积的同时保证高特异性和敏感性，将有益于AD的早期和大规模筛选。在本研究中，研究人员仅需2微升血浆样本，并利用表面等离子共振（surface plasmon resonance，SPR）技术检测。通过检测37例AD患者、26例MCI患者和30例健康对照的血浆样本，研究人员发现Pep-NfL多肽自组装体能够有效地区分AD和对照、MCI和对照、AD和MCI，优于Pep-NfL单体和抗NfL抗体（图4）。

图4. 血浆自组装多肽检测AD的特异性与敏感性评价。

【小结】

研究人员通过开发的高通量筛选系统，筛选鉴定出了靶向NfL且结合亲和力高的Pep-NfL自组装多肽，在区分AD血液样本和对照组血液样本、甚至MCI血液样本中展现出巨大潜力。鉴于MCI具有向AD痴呆转归的高可能性，针对MCI阶段的干预可能是延缓AD发生最为有效的策略。因此，AD的无创早期监测至关重要。本研究开发的Pep-NfL平台具备检测时间快、检测敏感度高、经济型、简易型等诸多优点，有望用于即时监测疾病进程。

【作者简介】

第一作者：周莹，医学博士，福建省级高层次人才C类。主持福建省自然科学基金面上项目、福建省联合创新项目等4项，参与国家重大科研仪器研制项目等国家自然科学基金项目5项。近五年以第一作者或通讯作者在ACS Nano、Theranostics（封面论文）、Nano Research（卓越计划“领军期刊”）等国内外期刊发表SCI论文9篇，担任Journal of Alzheimer's Disease等杂志审稿人。

第一作者：蔡国恩，副主任医师，博士，副教授、硕导，入选福建省高层次人才C类人才。福建省医学会神经病学委员会青年委员会副主任委员，福建省医师协会神经内科分会秘书。主持国自然面上项目1项、省厅级项目4项。以第一作者/通讯作者在JNNP、BMC Medicine、NPJ Parkinson’s disease、ACS Nano、Small等杂志发表SCI论文30余篇，主编著作1部，副主编著作1部。

通讯作者：陈晓春，福建医科大学神经科学研究院院长、附属协和医院神经内科教授、主任医师、博士生导师，目前兼任中国医师协会神经内科医师分会会长及中华医学会神经病学分会痴呆与认知障碍学组组长。先后获得【科技创新-2030】“脑科学与类脑研究计划”重大项目、国家科技支撑计划、国家自然科学基金等20多项国家级研究课题的资助。以通讯作者在Mol Neurodegener、ACS Nano、Biological Psychiatry、Aging Cell、Neuropsychopharmacology等SCI源学术期刊上发表论文100余篇，主持完成的科研成果获教育部高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖一等奖。。

通讯作者：胡志远，国家纳米科学中心研究员，博士生导师，福建医科大学基础医学院兼职博导。中科院“百人计划”入选者，福建省“百人计划”入选者，中组部“万人计划科技创业领军人才”入选者。2014年创办北京中科纳泰生物科技有限公司（国家高新技术企业）任董事长，任中国 CTC 产业联盟理事长。课题组主要进行纳米转化医学研究，目前研究重点在“肿瘤捕手”循环肿瘤细胞纳米检测用于肿瘤早期发现和精准治疗，微流控单细胞操控和单细胞组学分析。主持了多项科技部、基金委、中科院、北京市科委项目。在Nature Nanotechnology、Nature Communications、Advanced Materials、PNAS、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano、Small、Biomaterials、Analytical Chemistry等国际学术期刊上发表论文100余篇，申请发明专利30余项。

通讯作者：王子华，福建医科大学基础医学院，副研究员，硕士生导师。近年来围绕肿瘤和阿尔兹海默症的标志物进行靶向多肽分子探针设计和筛选，并将其应用于肿瘤活体精准成像，药物靶向递送和肿瘤免疫治疗及AD的早期检测等诊疗一体化的应用研究。2020年入选福建省C类引进高层次人才。以第一作者或通讯作者在ACS Nano、Nano Today、Small、Theranostics、Nano Research、Lab Chip、Analytical Chemistry等期刊发表SCI论文30余篇，授权发明专利15项。

原文链接：

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38940834/