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在阿尔兹海默病和帕金森病等神经退行性疾病的病理条件下，致病淀粉样蛋白如Tau和α-syn通过液-固相变聚集形成病理淀粉样纤维聚集体。致病淀粉样蛋白是相关疾病的核心病理标志及重要的诊断和治疗靶点。有研究发现，细胞内多种生物活性分子对病理蛋白聚集具有动态调控作用，在疾病的发生发展中发挥重要作用。当前，鲜有关于生物体中执行生物学功能的另一类重要的生物分子-糖类分子是否以及如何调控蛋白病理性聚集的研究。近期，澳门赌场上海有机化学研究所刘聪课题组与俞飚课题组，针对聚糖分子如何调控病理蛋白聚集这一科学问题，在《自然-结构与分子生物学》（Nature Structural & Molecular Biology）上发表了题为Time-course remodeling and pathology intervention of α-synuclein amyloid fibril by heparin and heparin-like oligosaccharides的研究论文。该研究发现了肝素多糖能够结合帕金森病致病蛋白α-syn的病理纤维聚集体并动态重塑其纤维结构的现象，进而阐释了其在疾病中的作用。进一步，该研究通过高通量筛选获得具有竞争肝素多糖结合α-syn纤维以及抑制α-syn病理聚集及神经元毒性的寡糖分子。这一成果开辟了运用寡糖活性分子调控病理蛋白聚集及病理毒性的新方向，为靶向蛋白病理聚集的神经退行性疾病药物设计提供了新分子和新思路。成熟的病理蛋白纤维聚集体存在大量分子间氢键和疏水相互作用，被认为具有超稳定的刚性结构。然而，该研究发现，将成熟的α-syn纤维聚集体与肝素多糖孵育后，纤维的结构随时间推移而发生演变。α-syn分子沿纤维轴的排列逐渐发生演变，随着肝素多糖的孵育时间延长，α-syn纤维的螺旋逐渐被压缩，相邻两层α-syn单体之间的扭转角逐渐增大。构成纤维的每一层α-syn单体在结合肝素多糖后亦发生局部的构象变化，如无序的N端片段变得有序，局部氨基酸残基发生翻转。这表明肝素多糖具有重塑淀粉样纤维结构的能力。同时，研究发现，肝素多糖能够与成熟的Tau纤维结合，并引发纤维螺旋的压缩。因此，肝素多糖具有重塑多种不同病理聚集体的能力，并可能通过识别与重塑蛋白病理聚集体来调控其与细胞膜的结合、内吞及胞内病理性扩增。进一步，科研人员试图寻找能够阻断肝素多糖与α-syn纤维结合的糖类分子。研究通过化学合成，建立了肝素类寡糖库，并通过高通量竞争筛选实验，在寡糖库中获得了两种能够竞争肝素多糖的寡糖活性分子。寡糖-α-syn纤维识别机制研究发现，糖单元上的硫酸化修饰模式和糖单元的数目决定其与纤维聚集体的结合能力。更重要的是，研究筛选获得的肝素类寡糖活性分子能够抑制病理纤维聚集体的形成，并阻断其与神经元细胞膜的结合及在神经元细胞间的病理性传播。因此，寡糖活性分子具备作为抑制病理性α-syn聚集毒性的先导药物分子研发的潜力。上述研究综合运用化学生物学、生物物理学和细胞生物学等技术手段，发现了肝素多糖对病理性淀粉样蛋白聚集的时序重塑能力，揭示了成熟的病理纤维聚集体可在与活性多糖分子的相互作用过程中发生结构演化进而改变其病理活性，报道了寡糖分子在调控病理聚集体的形成以及毒性中的作用。这一成果为基于寡糖活性分子的神经退行性疾病药物研发提供了全新思路。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部、澳门赌场、上海市科学技术委员会的支持。论文链接肝素多糖对成熟α-syn纤维的时序重塑