仅通过调节旋转速度抑制淀粉样纤维形成，并诱导寡聚体占优势的状态

 

提出无需化学添加剂的机械化学淀粉样蛋白调控策略……研究成果发表于国际学术期刊《Small》

 

高丽大学世宗校区（副校长 梁智雲）生命信息工学系李圭道（音）教授研究团队开发出一种通过调节轴向旋转（axial rotation）速度，选择性控制淀粉样蛋白聚集路径的技术。研究团队证实，在无需额外添加化学添加剂的情况下，仅通过物理旋转条件即可抑制淀粉样纤维（fibril）的生长，并使聚集路径转向富含寡聚体（oligomer）的状态。

 

淀粉样蛋白是蛋白质发生异常折叠并聚集后形成的结构，与阿尔茨海默病、帕金森病以及2型糖尿病等多种疾病密切相关。尤其是在聚集过程中形成的寡聚体与细胞功能障碍密切相关，但由于其结构不稳定且容易快速生长为纤维，因此难以稳定、重复地获得。

 

为解决这一问题，研究团队采用了热轴向旋转装置（thermo-axial rotator），使装有蛋白质溶液的试管围绕其纵轴进行旋转。研究人员以模式淀粉样蛋白——鸡蛋清溶菌酶（hen egg-white lysozyme, HEWL）为对象，在不同旋转速度下进行处理，结果发现，旋转条件会显著影响最终形成的淀粉样蛋白结构。

 

在低旋转速度下，主要形成具有发达β-折叠（β-sheet）结构的长淀粉样纤维；在中等旋转速度范围内，则观察到纤维结构与颗粒结构共存的过渡状态。而在高旋转速度下，长纤维结构显著减少，纳米尺度的球形寡聚体成为主要结构。

 

研究团队通过荧光分析、圆二色光谱（CD）以及原子力显微镜（AFM）等方法确认了上述结构转变。特别是AFM分析显示，在低旋转速度下可以观察到长纤维，而在600 RPM和900 RPM条件下，长纤维大部分消失，球形纳米颗粒占据主导地位。

 

此外，在高旋转条件下形成的颗粒虽然具有相近的尺寸，但在二级结构和纳米力学性质方面存在差异，这表明不同的旋转条件可能形成不同类型的寡聚体状态。

 

研究团队表示，这一现象并非单纯的聚集受到抑制，而是由于旋转速度不同，淀粉样蛋白所选择的聚集路径本身发生了变化。轴向旋转所改变的空气-水界面以及管壁附近的流动等物理环境，会影响蛋白质之间的相互作用及纤维生长过程，从而在高旋转速度下抑制纤维扩增，并促进形成富含寡聚体的状态。

 

此外，在不同旋转条件下形成的淀粉样蛋白结构，在后续聚集过程中也表现出不同的动力学特征。由此确认，通过轴向旋转形成的结构不仅在形态上存在差异，还可能对后续淀粉样蛋白的生长过程产生不同影响。

 

在使用神经母细胞瘤细胞系SH-SY5Y进行的实验中，高旋转条件下形成的寡聚体占优势的淀粉样蛋白，与低旋转条件下形成的含纤维结构相比，表现出更明显的代谢活性下降、LDH释放增加，以及细胞骨架和细胞核形态变化。

 

本研究的意义在于，突破了以往仅将机械搅拌作为促进淀粉样蛋白聚集因素的方式，而是将旋转速度作为一种可编程的物理变量，用于选择性调控淀粉样蛋白的聚集路径。尤其是无需化学添加剂，仅通过调节RPM即可诱导纤维占优势状态与寡聚体占优势状态之间的转换。因此，该技术有望进一步发展成为研究淀粉样蛋白结构、聚集动力学以及细胞反应之间关系的物理调控平台。

 

本研究中，高丽大学世宗校区生命信息工学系研究生卢锡范（音）、宋恩智（音）作为共同第一作者参与研究，高丽大学李圭道（音）教授担任通讯作者并负责统筹研究工作。

 

研究成果于2026年8月25日在线发表于纳米与微米科学领域国际学术期刊《Small》（Impact Factor 11.8，JCR前8.1%），并入选生物学研究信息中心（BRIC）的“闪耀韩国的科学家”（韩光社，Hanbitsa）栏目。论文题目为《通过轴旋转实现机械化学程序化的寡聚体选择性淀粉样蛋白组装》。

 

此外，本研究获得韩国研究财团、韩国保健福祉部以及韩国科学技术信息通信部信息通信广播创新人才培养项目（ITRC）的支持。

 

高丽大学世宗校区宣传集资部

翻译：赵炫怡