阿尔茨海默病（AD）是最常见的神经退行性疾病之一，其典型分子标志为β淀粉样蛋白（Aβ）的异常聚集。近年来，大量研究表明，相较于沉积形成的淀粉样纤维，Aβ寡聚体被认为是主要的神经毒性来源。Aβ寡聚体毒性的一种特殊机制是细胞膜穿孔，这种穿孔会破坏离子稳态，进而导致突触功能障碍和细胞死亡。作为细胞膜的重要组成成分，胆固醇已被证实可促进Aβ₁₋₄₂的成核聚集，从而加剧神经毒性。与此一致，中年期高胆固醇血症也被公认为阿尔茨海默病的一个重要风险因素，其与AD患病概率密切相关。

清除Aβ聚集体，尤其是寡聚体，已成为AD的一项重要的治疗目标。尽管水相中Aβ₁₋₄₂的纤维状结构已得到阐明，但其寡聚体结构仍鲜为人知。由于缺乏高分辨率结构信息，人们对于其毒性来源及作用机制仍缺乏清晰认知，药物研发也困难重重，目前仅有三款获批抗β淀粉样蛋白抗体，其临床疗效差异显著，率先获批的阿杜卡单抗很快退市。抗体识别不同Aβ寡聚体的分子机制尚不明晰，且缺乏抗体-寡聚体复合物实验结构，严重制约AD理性药物设计。

近期，上海交通大学药学院马步勇团队在《Aggregate》上发表了题为“Structure and Dynamics of Lipid-Stabilized Amyloid Beta Aβ₁₋₄₂ Oligomers”的研究论文。该研究通过整合傅里叶变换红外光谱（FTIR）、固态核磁共振（ssNMR）（图1）、透射电子显微镜（TEM）（图2）和分子动力学模拟（MD）等多维度技术，首次揭示了脂质稳定化的Aβ₁₋₄₂八聚体结构、动态特征及其神经毒性机制。研究团队解出了一种全新的Aβ寡聚体构象结构，研究发现，Aβ₁₋₄₂在含胆固醇的脂质双层中形成独特的”寿司卷”折叠结构（图3），其核心特征为：（1）通过脂质填充的疏水腔稳定八聚体构象；（2）N端与C端通过三个关键残基接触形成盐桥网络；（3）脂质-肽相互作用导致脂质体膜穿孔。该结构显著区别于传统提出的β-桶（β-barrel）水孔模型，后者通常假设孔道内部为水相环境。实验与分子动力学模拟结果显示（图3），该类寡聚体能够深度嵌入脂质双层，并与脂肪酸链发生直接相互作用。研究提出一种新的作用机制：Aβ寡聚体通过与脂质分子的协同组装，将部分脂质“捕获”并整合进自身结构，从而削弱膜的稳定性，最终导致细胞膜破坏。

该项研究首次解析了一种新型脂质稳定的Aβ₁₋₄₂分子结构，为深入理解Aβ通过神经元膜穿孔引发神经毒性提供了重要线索。研究突破了传统Aβ寡聚体结构认知，并揭示了胆固醇通过促进Aβ八聚体形成加剧疾病进展的分子机制，为理解阿尔茨海默病神经毒性提供了新视角。该成果对开发靶向Aβ-脂质相互作用的新型治疗策略具有重要指导意义。

图1. FTIR光谱学和核磁共振实验研究Aβ₁₋₄₂组装囊泡的在脂膜中的结构演变。

FTIR显示β-折叠结构在5小时后呈现双指数增长，表明Aβ₁₋₄₂经历动态构象转变。NMR谱图通过VGGV标记肽段验证了38个残基的化学位移分配，揭示N端短β-链与C端长β-链的二级结构特征。

图2透射电镜观察Aβ₁₋₄₂诱导脂质囊泡损伤。

对比纯LUVs（完整球形结构）与Aβ-42重组LUVs，后者出现三种形态：完整但膜表面有孔洞的囊泡（红色箭头）、完全破裂呈花瓣状的囊泡（黄色箭头），以及嵌入囊泡壁的Aβ聚集体（红色圆圈），证实Aβ₁₋₄₂通过脂质提取机制破坏膜完整性。

图3. 全新的脂质稳定的Aβ₁₋₄₂寡聚体“寿司卷”结构模型。

顶部视图显示交叉β-折叠结构（A），侧面视图揭示POPC脂质分子填充的疏水孔道（B）。胆固醇稳定模型显示Ala2-Gly38、Ala2-Val39、Phe4-Val39三组残基间短程接触（<4Å），支撑N端与C端相互作用的结构特征（C）。两个八聚体二聚体通过两倍旋转对称关系连接形成的八聚体二聚体（D）; 三个八聚体在水中形成的三聚体，水分子渗透至脂质双层（红色点），揭示脂质-肽相互作用的动态特性（E）；Aβ寡聚体嵌入脂质双层并与脂质分子相互作用示意图（分子动力学模结果）（F）上海交通大学博士后鲁慧霞和美国中佛罗里达大学Tyrone Thames博士为论文的共同第一作者；通讯作者为上海交通大学马步勇教授以及美国中佛罗里达大学的Suren Tatulian教授和陈博教授。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/agt2.70266

在抗体识别寡聚体的机制方面，马步勇团队随后在《International Journal of Biological Macromolecules》上发表了题为“Differential conformational selections of three therapeutic antibodies binding to polymorphic Aβ oligomers”的研究论文。通过微秒级分子动力学模拟，系统解析阿杜卡单抗、仑卡奈单抗、多奈单抗与三种Aβ寡聚体的差异化结合机制。阿杜卡单抗呈现多态体依赖性结合，靶向全长Aβ的N端表位，同时可与高度稳定的cross-β结构形成非特异性结合；仑卡奈单抗同时结合多条Aβ链的N端区域，呈现出独特的扁平结合模式（图4）；多奈单抗以保守的CDRL1区域识别Aβ的F4–H13区域，且焦谷氨酸化修饰的第3位残基（pE3）可作为结构锚点，增强抗体与寡聚体的结合稳定性。上述结构层面的发现，为三款抗体的临床疗效差异提供了分子层面的解释，为开发更高效、精准的AD免疫治疗药物奠定关键基础，助力阿尔茨海默病精准治疗迈入新阶段。

图4.仑卡奈单抗与 Aβ1-42 六聚体的多模态结合模式

上海交通大学博士生徐泓淋为第一作者；通讯作者为上海交通大学马步勇教授。