《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research》：Molecular insights into diosgenin's role in preventing protein aggregation in neurodegenerative diseases
编辑推荐：
神经退行性疾病中蛋白聚集是核心机制，本研究以HSA为模型，验证diosgenin通过抑制β-片层形成和氢键断裂，降低ThT荧光及浊度达62%，同时恢复α-螺旋含量，结合分子模拟证实其稳定蛋白复合物的能力，为开发天然产物疗法提供新思路。
Nagma Parveen | Faizan Abul Qais | Mohammad Faheem
生命与相关健康科学学院，Glocal大学，Mirzapur Pole，Saharanpur，北方邦247121，印度
摘要
神经退行性疾病（ND），如帕金森病和阿尔茨海默病，会逐渐损害神经系统，导致认知功能下降和运动功能障碍。这些疾病的主要因素是错误折叠的蛋白质聚集体的积累，这些聚集体会干扰细胞过程，最终导致神经元死亡。防止这些有毒聚集体的形成有可能保护神经元并减缓疾病的进展。本研究利用人血清白蛋白（HSA）作为模型蛋白，探讨了狄奥斯吉宁（diosgenin）对蛋白质聚集的影响。狄奥斯吉宁使ThT荧光降低了64.35%，浊度降低了62.61%，表明其显著抑制了蛋白质聚集。HSA中的α-螺旋比例从57.68%下降到8.82%，但狄奥斯吉宁处理后恢复到了43.89%。结合研究表明，狄奥斯吉宁与HSA的结合能为-11.0 kcal/mol，这种结合通过范德华力、疏水作用和氢键实现，且HSA-狄奥斯吉宁复合物的稳定性也通过分子模拟得到了验证。为了进一步阐明狄奥斯吉宁的抑制聚集机制，还采用了高级分子动力学模拟。狄奥斯吉宁增加了HSA282–292寡聚体的溶剂可及性，减少了β-折叠片的形成，并阻止了H键相互作用，这些都是聚集形成的关键因素。对Aβ寡聚体（Aβ16–22）的分子模拟也显示狄奥斯吉宁可以防止寡聚化和β-折叠片的形成。我们发现狄奥斯吉宁因其能够稳定蛋白质结构并抑制蛋白质聚集而具有潜在的治疗价值，可能是治疗神经退行性疾病的候选药物。然而，需要在动物模型中进行进一步的实验验证，以确认其抗聚集效果，特别是对形成淀粉样蛋白的蛋白质。
引言
神经退行性疾病对公共卫生构成了挑战，其特征是神经元功能和结构的丧失。根据最近的流行病学研究，全球约有5000万人患有各种形式的痴呆症，其中阿尔茨海默病（AD）最为普遍，影响了约3200万人[1]。随着全球人口老龄化，这些疾病的发病率预计将大幅增加。导致神经退行性疾病增加的因素包括遗传倾向、环境影响和生活方式选择[2]。这些疾病的影响不仅限于患者本身，还波及家庭和医疗系统，带来深远的情感、社会和经济后果。神经退行性疾病的复杂性在于其多因素性质，因此理解其发病机制对于开发有效的治疗策略至关重要[3]。
神经退行性疾病的发病机制中，蛋白质聚集是一个关键因素，它会导致有毒聚集体的形成，从而破坏神经元的功能和存活能力[4]。在阿尔茨海默病中的β-淀粉样蛋白（Aβ）和帕金森病中的α-突触核蛋白（alpha-synuclein）等神经退行性疾病中，错误折叠的蛋白质会聚集，这是这些疾病的标志[5]。针对这些聚集的蛋白质已成为一种有前景的干预策略；通过促进错误折叠蛋白质的降解或增强其清除，研究人员旨在减轻神经退行性病变。目前正在积极探索多种神经保护策略，包括使用分子伴侣蛋白和促进蛋白质稳态的小分子，以调节蛋白质折叠并防止聚集[5,6]。这些治疗方法强调了改变疾病进程的潜力，超越了仅针对症状的治疗方式，直接解决疾病的根本机制。在各种蛋白质聚集体中，Aβ在阿尔茨海默病的发展中起着关键作用。Aβ肽聚集形成斑块，这些斑块对神经元有毒，并干扰突触传递[7]。Aβ的聚集与神经炎症和神经退行性过程相关，导致阿尔茨海默病特有的认知衰退和记忆障碍[8]。
狄奥斯吉宁是一种天然存在的甾体皂苷，因其神经保护特性和在神经退行性疾病中的潜在疗效而受到关注[9,10]。已知狄奥斯吉宁具有抗氧化、抗炎和神经保护作用，并在调节神经元存活相关途径方面显示出潜力[11]。最近的研究表明，狄奥斯吉宁成功减轻了由Aβ引起的斑块负荷、神经炎症和氧化应激以及乙酰胆碱酯酶活性的升高[9]。此外，研究表明狄奥斯吉宁可能具有抗氧化应激和改善认知功能的潜力，使其成为进一步研究的吸引人的治疗候选物[12]。尽管狄奥斯吉宁在癌症治疗和慢性疾病预防方面的研究较多，但其潜在毒性尚未得到充分认识[13,14]。探索狄奥斯吉宁在抑制蛋白质聚集中的作用为管理神经退行性疾病提供了新的方法，需要进一步的研究来阐明其作用机制。
鉴于防止蛋白质聚集在神经退行性疾病中的关键作用，本研究重点评估了狄奥斯吉宁在抑制蛋白质聚集方面的影响，以HSA作为模型蛋白。我们假设狄奥斯吉宁通过增强HSA的天然结构稳定性并减少β-折叠片的形成来对抗蛋白质聚集。为了验证这一假设，我们计划通过体外实验方法确认狄奥斯吉宁抑制蛋白质聚集的能力，并利用体外和计算机模拟方法评估HSA-狄奥斯吉宁复合物的稳定性。此外，我们还将通过先进的分子模拟方法来解析狄奥斯吉宁调节HSA聚集的动力学和潜在机制。
材料与储备溶液制备
人血清白蛋白（HSA）、硫黄素T（ThT）、1-苯胺萘-8-磺酸（ANS）和狄奥斯吉宁均从Sigma Aldrich（美国）购买。所有体外实验均使用pH 7.4的无菌20 mM磷酸钠缓冲液。所有其他试剂和缓冲液成分均为分析级。HSA的储备溶液浓度为0.6 mM，配制在pH 7.4的磷酸缓冲液中。ThT和ANS的储备溶液也在相同的高压灭菌磷酸缓冲液中制备。
结果与讨论
HSA常被用作研究蛋白质聚集抑制的模型蛋白，这一选择具有多个显著优势。作为最普遍的血浆蛋白，HSA易于获取且在生理环境中表现出稳定性。与许多已知会在生理条件下形成淀粉样聚集体的蛋白质不同，HSA在生理条件下不会自然聚集成淀粉样形式，使其成为此类研究的更简单、更易于管理的模型。然而，
结论
本研究揭示了狄奥斯吉宁作为抑制蛋白质聚集的潜在有希望的药物候选物的潜力，而蛋白质聚集是帕金森病和阿尔茨海默病等神经退行性疾病的关键因素。我们的研究发现，狄奥斯吉宁能有效抑制蛋白质聚集，保持蛋白质稳定性，并防止错误折叠结构的形成。分子模拟观察到的结合相互作用证实了其对HSA的强亲和力，这有助于其抑制聚集作用。
CRediT作者贡献声明
Nagma Parveen：撰写——原始草稿、软件使用、方法学设计、实验实施、数据管理。Faizan Abul Qais：撰写——审稿与编辑、撰写——原始草稿、软件使用、方法学设计、实验实施、数据管理、概念构思。Mohammad Faheem：撰写——审稿与编辑、监督、方法学设计、实验实施、概念构思。
利益冲突声明
所有作者声明没有利益冲突。
致谢
感谢德里贾米亚哈姆达德大学（Jamia Hamdard）化学与生命科学学院生物化学系的Sayeed ur Rehman A. Kalam博士对本工作的支持和指导。
