衰老大脑，尤其是阿尔茨海默病（Al茨海默病，AD）大脑的一个化学标志，是长寿命蛋白质上化学修饰的积累。其中最基本却最未被充分理解的是L-氨基酸向其D-对映体的立体异构化。当蛋白质主链中的Cα原子从L型转变为D型时，立体化学会产生特定的蛋白质立体异构体变体，并调控一系列蛋白质的结构与功能，在生命活动中扮演不可或缺的角色，例如神经分子的信号转导和蛋白质二级结构的维持。与此同时，由立体化学驱动的蛋白质组扰动与多种疾病密切相关，包括AD和肿瘤形成。

在蛋白质组水平上探索与疾病相关的立体化学时空维度，即立体蛋白质组（STEP），不仅有助于揭示生命活动的分子机制，也为手性药物的合理设计和新型生物材料的开发提供了理论基础。

通过高效液相色谱（HPLC）、衍生化方法、免疫学方法等技术，在直接从AD患者淀粉样斑块中分离的淀粉样蛋白-β 42（Aβ42）肽中检测到了这种立体化学修饰，其中含有D-天冬氨酸和D-丝氨酸的变体与经典的全L型肽共存。这是从AD患者脑样本中提取的最常见的两个STEP位点。

Asp和Ser的立体化学修饰常导致肽段聚集倾向和生物活性的改变。例如，Ser26位的立体异构修饰会抑制原纤维生成并降低Aβ42的细胞毒性，而Asp1位的修饰则会抑制恶性纤维化和神经毒性。先前研究表明，这种立体化学异质性的存在并非人为假象，而是AD临床病理学中一个尚未被充分理解的特征。

AD患者大脑中的淀粉样斑块通常并非由单一亚型的Aβ形成，在疾病进展过程中通常有多种Aβ亚型共存。目前，对于立体异构Aβ42混合物的分子机制关注较少。立体化学在淀粉样蛋白聚集行为和神经毒性中的交互作用机制仍未得到充分探索。

模式流程图（图片源自Science Advances）

近年来，随着手性分离和分析方法的不断进步，针对Aβ42立体异构化的研究日益增多。然而，大多数关于AD生物标志物和药物靶点发现的报道，在立体化学层面仍然存在局限，这主要受限于STEP分析中异构体分辨率和鉴定可信度的技术瓶颈。

为了促进在蛋白质组水平上对STEP进行非靶向、从头鉴定，本课题组持续开发了先进液相色谱与离子淌度-质谱的混合策略，结合手性放大工具、信号去噪算法、异构体数据搜索方案以及整合的STEP分析流程。此外，已对全长Aβ42立体异构体的抗体结合能力和神经细胞毒性进行了单独研究。

通过高分辨率离子淌度-质谱（IM-MS）和分子动力学模拟，为Aβ42立体异构体的构效关系提供了一个先前未被探索的分子视角。然而，由Asp和Ser立体异构化引起的这些细微结构差异对Aβ42组装行为和生物活性的影响，以及可能的交互作用效应和相互作用蛋白的差异，尚未得到充分认识。

共存的立体异构体之间——这种微妙却根本的化学差异——的交互作用所产生的功能后果，在很大程度上仍是未知的。值得注意的是，正是在拥挤的生理环境因素中发生的这种复杂相互作用，很可能决定了最终的病理结果。因此，作为一个概念验证性的尝试，理解这些共存立体异构体之间的交互作用如何共同调控纤维形成和神经毒性，是建立立体化学多样性潜在效应的分子基础的关键一步，也为未来在真实生理环境因素中的研究铺平了道路。

受此挑战驱动，作者试图解构临床相关的Aβ42立体化学异质性对结构和功能的影响。利用作者先进的STEP分析流程，首先对临床AD脑样本中的异构体比例进行了分析，作者系统性地合成了一系列Aβ42立体异构体，以模拟体内观察到的特定结构域修饰。这个受临床启发的简化模型系统使作者能够超越对单一物种的研究，转而探究生理相关混合物的涌现性集体行为，特别是剖析异构化在Aβ42 N端和核心结构域中的不同作用。

在此，作者报告发现了一种由L-Aβ42与其D-异构化变体之间相互作用产生的强大拮抗效应。这种交互作用能主动抑制致病性淀粉样蛋白原纤维的形成，并在细胞模型中赋予显著的神经保护作用。作者的研究结果表明，这种立体化学交互作用的神经保护效果具有结构域依赖性，Aβ的立体化学组成可能是其致病性输出的关键决定因素。

更广泛地说，这项工作引入了一个视角，补充了当前抑制Aβ聚集的主流策略。作者提出，调控其天然的立体化学格局是影响Aβ行为的一个独特且先前未被探索的化学维度。这些结果为“可能存在一种内源性的、基于立体化学的调控机制”这一假说提供了机制支持，为理解Aβ的病理生物学提供了一个重要的概念框架。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeb2729