帕金森病（Parkinson's Disease, PD）是一种常见的神经退行性疾病，其特征性病理变化之一是α-突触核蛋白（α-synuclein, α-syn）的异常聚集。这些聚集体在神经元之间传播，破坏细胞内蛋白质稳态，干扰自噬途径，并引发神经炎症和细胞死亡。
近日，中国科学技术大学的项晟祺教授、中国科学院上海有机化学研究所的谭立教授和刘聪教授的合作研究团队在Journal of the American Chemical Society上发表了一项突破性研究，他们开发了一种新的小分子抑制剂，能够靶向α-syn病理聚集体的无序结构区，为帕金森病的治疗提供了新的策略。
研究背景
α-突触核蛋白（α-synuclein, α-syn）的淀粉样相变聚集是帕金森病（Parkinson’s disease, PD）的核心病理特征之一。α-syn的病理性聚集体在帕金森病的发展中起着核心作用。这些聚集体能够破坏神经细胞的正常功能，导致神经退行性病变。因此，找到能够阻断α-syn聚集和传播的小分子抑制剂，对于治疗帕金森病具有重要意义。
研究进展
研究团队通过高通量筛选和理性设计，首次发现了能够结合α-syn病理纤维C末端关键无序区的活性小分子Givinostat（GS）及其衍生物。这些小分子能有效阻断病理纤维与LAG3和RAGE等关键受体的相互作用，并抑制α-syn纤维在神经元中的病理性传播及其促炎症效应。
作者考虑到α-syn可以与其受体蛋白LAG3结合，因此为了阻断这个结合过程，作者首先将LAG3的结构域固定在ELISA板上，随后将小分子库与α-syn纤维共孵育后通过ELISA进行筛选，成功筛选到小分子Givinostat（GS）几乎消除了α-syn纤维与LAG3的结合。
通过生物物理实验证明了GS可以与α-syn结合并且可以干扰其与底物的结合后，作者通过理性设计将GS进行修改，合成了一系列改性的小分子，并最终发现GSD-16-24具有最好的活性和溶解度。
高通量筛选鉴定Givinostat（GS）分子能够阻断α-syn纤维与受体的结合
通过结构-活性关系研究（SAR）设计GS的系列衍生物
研究人员通过液态核磁共振、固态核磁共振及冷冻电镜等技术，进一步揭示了GSD-16-24与α-syn纤维C末端无序区域中具体的氨基酸相互作用位点，并发现这些结合位点与α-syn纤维结合受体的位点高度重合，表明GSD-16-24通过与受体直接竞争发挥抑制作用。细胞实验表明，GSD-16-24能够有效阻止α-syn纤维与原代皮层神经元及BV2细胞的结合，从而抑制纤维在神经元中的传播及其促炎症效应。
通过冷冻电镜和固态NMR等实验确定GSD-16-24结合于α-syn纤维的C末端无序区域
总之作者通过高通量筛选以及理性设计得到了可以通过结合α-synC端，从而抑制其与下游蛋白相互作用并可能治疗帕金森病的小分子GSD-16-24，并证明了该分子可以在细胞水平上抑制α-syn原纤维引起的神经炎症。
研究亮点
- 高通量筛选：研究人员建立了基于ELISA的高通量筛选方法，成功筛选到能够阻断α-syn病理纤维C末端与受体结合的小分子抑制剂GS。
- 活性验证：通过生物物理实验证明GS可以与α-syn结合，并干扰其与底物的结合。
- 结构-活性关系研究（SAR）：研究人员对GS进行了结构优化，合成了一系列改性的小分子，并最终发现GSD-16-24具有最好的活性和溶解度。
- 作用机制探究：通过核磁共振（NMR）技术，研究人员探究了GSD-16-24与α-syn C端的结合方式，并确定了结合的关键位点。
- 细胞水平验证：研究人员通过与小胶质细胞BV2共孵育实验，证明了GSD-16-24对α-syn原纤维与多种受体的结合具有较强的抑制作用，能有效抑制其诱导的神经炎症以及神经元传播。
研究意义
这项研究不仅为靶向病理蛋白无序区的小分子抑制剂的设计与研发奠定了基础，而且为开发具有帕金森病治疗潜力的小分子药物提供了新的思路。候选化合物展现出良好的临床应用潜力，为帕金森病的治疗提供了全新策略。
文献信息
文献标题：Inhibitor Development for α-Synuclein Fibril’s Disordered Region to Alleviate Parkinson’s Disease Pathology
通讯作者：中国科学技术大学项晟祺教授，上海有机所谭立教授和刘聪教授
发表期刊：Journal of the American Chemical Society
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c08869
关于作者
项晟祺教授的研究方向是利用核磁研究生物大分子以及相分离体系，
谭立教授主要研究方向是利用化学靶向策略开发PROTAC或分子胶，
刘聪教授主要研究方向是神经退行性疾病中的关键蛋白，以及开发对淀粉样蛋白的结构表征手段。近年来，刘聪课题组参与发现了多个关键蛋白（如膜受体LAG3、APLP1和RAGE，以及自噬关键蛋白LC3B等）通过特异性结合α-syn病理聚集体介导了这些不同的病理过程。
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