CN107043407B

CN107043407B - 一种Tau蛋白抑制剂及在制备治疗阿尔兹海默症的药物中的应用

Info

Publication number: CN107043407B
Application number: CN201710219609.1A
Authority: CN
Inventors: 姜正羽; 尤启冬; 焦琼; 陆朦辰; 冀建爱; 周海山; 谭世界
Original assignee: China Pharmaceutical University
Current assignee: China Pharmaceutical University
Priority date: 2017-04-06
Filing date: 2017-04-06
Publication date: 2019-07-26
Anticipated expiration: 2037-04-06
Also published as: CN107043407A

Abstract

本发明公开了一种Tau蛋白抑制剂及在制备治疗阿尔兹海默症的药物中的应用，该多肽的氨基酸序列具有如下通式：C‑YQQYQDATADEQG(G)_mGSGX¹LDPETGEX²L‑N；C‑表示C端方向，N‑表示N端方向；其中，m＝0或1；m＝0时，X¹＝S，X²＝Y或F；m＝1时，X¹＝G，X²＝Y。将带有EGFP荧光蛋白的Tau蛋白表达质粒转染入靶细胞中，用上述多肽作用于靶细胞时发现上述多肽呈现出时间依赖性和剂量依赖性地抑制靶细胞内EGFP荧光强度和Tau蛋白表达量。研究结果证明，本发明提供的多肽可以有效抑制细胞内Tau蛋白的表达，是Tau蛋白的有效抑制剂，可以用于制备治疗阿尔兹海默症的药物。

Description

一种Tau蛋白抑制剂及在制备治疗阿尔兹海默症的药物中的应用

技术领域

本发明属于生物医药领域，涉及多肽抑制剂，具体涉及一种具有促进Tau蛋白降解的多肽抑制剂，该多肽抑制剂可以用于制备治疗阿尔兹海默症的药物。

背景技术

阿尔兹海默症作为最常见的一种老年痴呆，在1906年由Alzheimer教授发现第一位患者并命名。其初期发病表现不明显，主要表现为记忆力缓慢性退化，认知、执行功能障碍以及人格和行为改变等全面性痴呆。随着人口老龄化的严重，近年来AD已一跃成为导致老年人死亡的第四位主要原因，仅次于心脏病、癌症以及中风，并且带给患病家庭以沉重的精神及经济压力。因此，早日了解到AD的发病机制对于治疗该病具有非常重要的意义。

研究表明，脑内蛋白的积聚和沉淀是阿尔兹海默症的一个重要病理特征【Tau-mediated neurodegeneration in Alzheimer's disease and relateddisorders.Nature Reviews:Neuroscience,2007,8(9):663-672】，其中又以微管相关蛋白Tau的积聚较为典型，对Tau蛋白的降解也成为阿尔兹海默症的一个潜在治疗策略【Mechanistic basis of phenothiazine-driven inhibition of Tauaggregation.Angewandte Chemie.International Ed.In English.2013,52(12):3511-3515；Tau reductionpreventsAbeta-induced defects in axonal transport.Science,2010,330(6001):198】。

但是，Tau蛋白是一种内源性无序结构的非酶类蛋白，其表面没有活性结合口袋，因此无法被传统药物所降解【Structural studies of tau protein and Alzheimerpaired helical filaments show no evidence forbeta-structure.Journal ofBiological Chemistry,1994,269(39):24290-24297】。这也是阻碍阿尔兹海默症治疗药物开发的重要原因。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以有效降解Tau蛋白的抑制剂，减少Tau蛋白的积聚和沉淀，用于制备治疗阿尔兹海默症的药物。

本发明的上述目的是通过下面的技术方案得以实现的：

一种Tau蛋白抑制剂多肽，其氨基酸序列具有如下通式：

C-YQQYQDATADEQG(G)_mGSGX¹LDPETGEX²L-N；

C-表示C端方向，N-表示N端方向；

其中，m＝0或1；

m＝0时，X¹＝S，X²＝Y或F；

此时，请求保护的多肽的氨基酸序列为YQQYQDATADEQGGSGSLDPETGEYL或氨基酸序列为YQQYQDATADEQGGSGSLDPETGEFL。

m＝1时，X¹＝G，X²＝Y；

此时，请求保护的多肽的氨基酸序列为YQQYQDATADEQGGGSGGLDPETGEYL。

上述多肽具有抑制细胞内Tau蛋白表达的作用。在一个具体实施例中，将带有EGFP荧光蛋白的Tau蛋白表达质粒转染入野生型的SH-SY5Y细胞中，经上述多肽作用后发现，上述多肽呈剂量依赖性、时间依赖性地抑制细胞内EGFP的荧光；将带有EGFP荧光的Tau表达质粒转染入人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞株、小鼠脑神经瘤Neuro-2a细胞株和小鼠嗜铬细胞瘤PC-12细胞株中，经上述多肽作用后发现，三株细胞内Tau蛋白的含量均呈现出时间依赖性和剂量依赖性地下降，该作用的发生极为迅速，但可维持相当长的作用时间。

具体应用时，可以将上述多肽制备成多肽类药物，透过细胞膜进入靶细胞发挥作用。为了提高多肽药物的透膜性，可以在上述序列的多肽的N端连接RRRRRRRR序列，该序列对应一种透膜肽，可以增强多肽的细胞透膜性并抑制非特异性的蛋白酶解作用。在一个具体实施例中，N端连接RRRRRRRR序列的多肽(序列为YQQYQDATADEQGGSGSLDPETGEYL)，其作用于Tau-EGFP过表达的SH-SY5Y细胞10h后(剂量为20μM)，荧光抑制率为(83.92+1.54)％；若将N端透膜肽序列换成YGRKKRRQRRR序列时，作用于Tau-EGFP过表达的SH-SY5Y细胞10h后(剂量为20μM)，荧光抑制率仅为(50.08+0.24)％。为了进一步提高上述多肽的药效或成药性或延长半衰期等，可以进行修饰得到衍生物，用衍生物给药。

也可以将上述多肽制备成核酸类药物。可以将含有编码上述多肽的核酸分子制成表达载体，导入靶细胞中，使其在靶细胞内稳定表达目标多肽，长效抑制Tau蛋白表达。此时，由于多肽无需透过细胞膜，核酸分子中可以不含有编码透膜肽的序列，但从抑制非特异性蛋白酶解的角度，也可含有编码透膜肽的序列，以降低目标多肽的酶解，延长半衰期。

具体应用中，可以将上述Tau蛋白抑制剂多肽、多肽衍生物、核酸分子、表达载体与药学上可以接受的辅料通过制剂工艺制备成药物组合物进行给药。

已知脑内Tau蛋白等蛋白的积聚和沉淀是阿尔兹海默症的一个重要病理特征，对Tau蛋白的降解已成为阿尔兹海默症的一个治疗策略，因此，可以将上述Tau蛋白抑制剂多肽、多肽衍生物、核酸分子、表达载体和药物组合物制备成治疗阿尔兹海默症的药物。

本发明的技术效果：

本发明提供的多肽可以有效抑制细胞内Tau蛋白的表达，是Tau蛋白的有效抑制剂，可以用于制备治疗阿尔兹海默症的药物。

附图说明

图1为TAMRA-多肽1进入野生型SH-SY5Y细胞的流式细胞仪检测结果；其中，A为流式细胞仪检测TAMRA-多肽1进入野生型SH-SY5Y细胞，B为A中荧光曲线的平均荧光强度统计柱状图；

图2为流式分析仪检测不同浓度的多肽1(0,1,5,10,20,50μM)作用于Tau-EGFP过表达的SH-SY5Y细胞12h后，细胞内荧光强度的变化；

图3为流式分析仪检测20μM多肽1作用于Tau-EGFP过表达的SH-SY5Y细胞，不同时间点下(0、6、12、24、36h)细胞内荧光强度的变化；

图4为流式细胞仪检测20μM多肽1-3作用于Tau-EGFP过表达的SH-SY5Y细胞10h后产生的EGFP荧光强度变化；

图5为Western blot检测结果；A、C和E为Western blot测试20μM多肽1在不同时间点作用于三株Tau过表达细胞株后，细胞内Tau的表达水平；B、D和F为Western blot测试不同浓度的多肽1(0-40μM)作用于三株Tau过表达细胞株10h后，细胞内Tau的表达水平。

具体实施方式

下面结合实施例具体介绍本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。实验中未详述的试验操作均为本领域技术人员所熟知的常规试验操作。

实施例1多肽的合成和结构确证

1、目标多肽的序列(C端→N端)

多肽1：YQQYQDATADEQGGSGSLDPETGEYLRRRRRRRR(SEQ ID NO.1)

多肽2：YQQYQDATADEQGGSGSLDPETGEFLRRRRRRRR(SEQ ID NO.2)

多肽3：YQQYQDATADEQGGGSGGLDPETGEYLRRRRRRRR(SEQ ID NO.3)

2、合成方法

线性多肽1-3的合成使用2-氯三苯甲基氯树脂的标准固相多肽合成方法，并使用Fmoc对末端氨基进行保护。多肽合成反应使用DMF作为反应溶剂，TBTU和4-甲基吗啉作为缩合剂。Fmoc保护基使用含20％哌啶的DMF溶液进行脱除。

使用TFA/Thioanisole/H₂O/4-methylPhenol/1,2-ethanethiol(82.5:5:5:5:2.5,v/v/v/v/v)将多肽从树脂上切割，反应3小时。所有反应均在室温下进行。多肽粗品使用半制备反向高效液相进行分离纯化。合成多肽使用高效液相色谱法(HPLC)进行纯度鉴定。合成多肽的分子量使用电喷雾质谱(ESI mass spectroscopy)进行鉴定。r＝D-Arg。结构确证结果如表1。

表1线性多肽1-3的结构确证信息

实施例2多肽对Tau蛋白的抑制作用

一、实验材料和方法

1、细胞体外培养

SH-SY5Y人神经母细胞瘤细胞株购自南京恩晶生物科技有限公司(Enogene,EGC121)，培养基使用RPMI-1640培养基(GiBco,Invitrogen Corp.,USA)+10％fetalbovine serum(FBS)(GiBco,Invitrogen Corp.,USA)+penicillin/streptomycin。Neuro-2a小鼠脑神经瘤细胞株购自中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所细胞库(TCM29)，培养基使用Minimum Essential Medium(GiBco,Invitrogen Corp.,USA)+10％(v/v)FBS(GiBco,Invitrogen Corp.,USA)+penicillin/streptomycin。PC-12小鼠嗜铬细胞瘤细胞株购自中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所细胞库(TCR3)，培养基使用RPMI-1640培养基(GiBco,Invitrogen Corp.,USA)+10％fetal bovine serum(FBS)(GiBco,Invitrogen Corp.,USA)+penicillin/streptomycin。所有细胞株均置于37℃恒温、5％CO₂及饱和湿度的培养箱中培养。细胞呈贴壁生长，每2-3天传代一次，传代时用0.02％EDTA+0.1％胰酶消化，弃去消化液，加入新鲜培养基吹打均匀，按照所需细胞量移入新培养瓶中，添加适量培养基混匀继续培养。

2、多肽透膜性试验

在多肽的C端标记荧光基团TAMRA。将10μM TAMRA-多肽加入野生型人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞中，培养不同的时间点后，收集细胞，使用流式细胞分析仪测定细胞内TAMRA荧光强度的变化。同时设置多肽4作为对比，多肽4的N端用YGRKKRRQRRR序列替代RRRRRRRR序列，其他氨基酸序列同多肽1(SEQ ID NO.4)。

3、pRK5-EGFP-Tau质粒转染

pRK5-EGFP-Tau质粒由Karen Ashe[Addgene plasmid#46904]赠送。

使用Lipofectamine 2000 transfection reagent(Invitrogen)试剂盒将该质粒转染入上述三株细胞。将细胞传代至六孔板中(5×10⁶/孔)，铺板后置于37℃、5％CO₂及饱和湿度的培养箱中培养，待长势为80％左右时按如下步骤在六孔板内转染细胞：

1)用150μL无血清Opti-MEM培养基稀释pRK5-EGFP-Tau质粒，并轻轻混匀；

2)取相应量的Lipofectamine 2000稀释于Opti-MEM培养基中，并轻轻混匀；

3)取质粒和Lipofectamine 2000的稀释液各150μL，轻轻混匀，于室温下静置5分钟；

4)六孔板的每个孔中加入混合液250μL，并前后轻轻摇动细胞板；

5)将转染后的细胞置于37℃、5％CO₂及饱和湿度的培养箱中培养18小时。

4、分组及给药

将转染pRK5-EGFP-Tau质粒的各细胞系分为对照组和给药组，给药组分别加入不同浓度的多肽1-3进行培养，分别取不同时间点的细胞进行检测。

同时设置多肽5作为对比，序列为YQQYQDATADEQGGSGSLDPATGEYLRRRRRRRR(SEQ IDNO.5)。

5、流式细胞仪检测细胞内EGFP的荧光表达水平

收集六孔板内细胞(4×10⁵/孔)，用PBS淋洗1-2遍，混匀置于1.5mL EP管中，使用FACScan laser流式细胞仪(Guava easycyteHT,Millipore,CA)进行检测。

抑制率使用以下公式计算：抑制率(％)＝100*(FL_control–FL_treated)/FL_control。

FL_control和FL_treated分别表示空白组和给药组的平均荧光强度。

6、Western blot检测细胞内Tau蛋白的表达水平

Anti-Tau(ab32057)抗体购自Abcam,UK。Anti-β-actin(AP0060)抗体购自Bioworld(Bioworld,USA)。弃去培养基，用冰PBS将各组细胞样品(5×10⁷/孔)洗一遍，然后加入2mL0.02％EDTA胰酶进行消化。2500rpm离心，然后加入45μL裂解液混匀(50mMTris-HCl、150mMNaCl、NP-40、1mM EDTA、PMSF、NaF、Leu和DTT)，冰上裂解1h，于4℃12000rpm离心20min。吸取上清液，样品保存在-80℃备用。蛋白浓度测定采用BCA方法，用Varioskanflash(Thermo,Waltham,MA)于562nm处测定OD值。将各组蛋白稀释至100μg，按1：1与2×SDS凝胶加样缓冲液混匀，98℃变性5min，进行10％SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳，60V浓缩胶，120V分离胶，2.5～3h。电泳后取下胶，按尺寸剪取合适大小的Whatmann滤纸及PVDF膜，上下各三层滤纸，中间为胶和膜，胶在负极，膜在正极，采用半干式转膜，时间为膜面积乘以系数1.6，恒流75mA，转移蛋白到PVDF膜(Perkin Elmer,Northwalk,CT,USA)。将转入蛋白的PVDF膜浸入丽春红工作液中，染色2～5min，蒸馏水冲洗，标记蛋白，用PBST洗去丽春红条带。用10％脱脂奶粉，37℃封闭1h。弃封闭液，用PBST清洗3次，10min/次，封口机将各条膜封闭于自封袋中，尽可能排除气泡，PBST稀释至工作液浓度的一抗，37℃恒温摇床孵育1～2h，4℃孵育过夜。弃一抗，用PBST清洗3次，10min/次。用PBST稀释DyLight 800标记的二抗至工作液浓度，按前法封袋，37℃恒温摇床避光孵育1h。反应结束后弃二抗，PBST清洗3次，10min/次；PBS清洗2次，6min/次，Odyssey Infrared Imaging System(LI-COR,Lincoln,Nebraska,USA)下扫膜。

二、实验结果

1、多肽1-3透膜性

随着时间的延长，细胞内TAMRA的荧光强度也逐渐增强，并在12h后达到稳定强度，证明多肽1-3具有良好的透膜性。图1A、1B为TAMRA-多肽1进入野生型SH-SY5Y细胞的流式细胞仪检测结果。多肽1N端RRRRRRRR序列可以增强多肽的细胞透膜性并抑制非特异性的蛋白酶解作用。若将多肽1的RRRRRRRR序列替换成YGRKKRRQRRR序列(即多肽4)，透膜性显著降低。

2、多肽1-3对细胞内EGFP荧光强度的影响

带有EGFP荧光的Tau表达质粒被转染入野生型的SH-SY5Y细胞中，通过对EGFP荧光强度的检测即可检测到细胞内Tau蛋白的降解程度。用不同浓度的多肽1作用于Tau-EGFP过表达的SH-SY5Y细胞12h后，收集细胞，用流式细胞分析仪检测细胞内EGFP的荧光表达。结果表明多肽1-3呈剂量依赖性、时间依赖性地抑制细胞内EGFP的荧光。如图2所示，多肽1可剂量依赖性地抑制细胞内EGFP的荧光。用20μM多肽1作用于Tau-EGFP过表达的SH-SY5Y细胞，在不同时间点(0、6、12、24、36h)收集细胞进行荧光检测。如3所示，细胞内的荧光强度呈时间依赖性地减弱。

图4为20μM多肽1-3分别作用于Tau-EGFP过表达的SH-SY5Y细胞10h后，用流式细胞分析仪检测细胞内EGFP的荧光强度的结果。多肽4的荧光抑制率仅为(50.08+0.24)％，多肽5的荧光抑制率仅为(10.19+7.08)％。

3、多肽1-3对细胞内Tau蛋白表达的影响

我们选择了三株常用的神经细胞株，分别为人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞株、小鼠脑神经瘤Neuro-2a细胞株和小鼠嗜铬细胞瘤PC-12细胞株。带有EGFP荧光的Tau表达质粒被分别转入这三株细胞株中。然后，用20μM的多肽1分别作用于这三株转染了的细胞株中，在不同时间点收集细胞，使用Western blott测试多肽1作用后细胞内Tau蛋白的表达情况。分析结果如图5A、5C、5E所示，三株细胞内Tau蛋白的含量均呈现出时间依赖性地下降。其中，SH-SY5Y细胞株内Tau蛋白的含量下降最为显著。多肽1也可剂量依赖性地对这三株细胞中的Tau蛋白进行诱导降解(5B、5D、5F)。同样地，我们也观察到，SH-SY5Y细胞株内Tau蛋白的含量下降最为显著。多肽2、3具有相似的实验结果。

结果表明，多肽1-3可下调细胞内的Tau蛋白水平，该作用的发生极为迅速，但可维持相当长的作用时间，且这一作用特征在Tau-EGFP过表达的SH-SY5Y细胞株内表现最显著。

上述实施例证明，多肽1-3可以有效抑制细胞内Tau蛋白的表达，是Tau蛋白的有效抑制剂，可以用于制备治疗阿尔兹海默症的药物。

上述实施例的作用在于具体介绍本发明的实质性内容，但本领域技术人员应当知道，不应将本发明的保护范围局限于该具体实施例。

Claims

1.一种Tau蛋白抑制剂多肽，其特征在于，其氨基酸序列为如下序列中的一种：

序列1：YQQYQDATADEQGGSGSLDPETGEYLRRRRRRRR

序列2：YQQYQDATADEQGGSGSLDPETGEFLRRRRRRRR

序列3：YQQYQDATADEQGGGSGGLDPETGEYLRRRRRRRR。

2.一种核酸分子，其特征在于：编码权利要求1所述Tau蛋白抑制剂多肽。

3.一种表达载体，其特征在于：包含权利要求2所述的核酸分子。

4.一种药物组合物，其特征在于：含有权利要求1所述的Tau蛋白抑制剂多肽，或含有权利要求2所述的核酸分子，或含有权利要求3所述的表达载体。

5.权利要求1所述的Tau蛋白抑制剂多肽在制备治疗阿尔兹海默症的药物中的应用，或权利要求2所述的核酸分子在制备治疗阿尔兹海默症的药物中的应用，或权利要求3所述的表达载体在制备治疗阿尔兹海默症的药物中的应用，或权利要求4所述的药物组合物在制备治疗阿尔兹海默症的药物中的应用。