目前由淀粉样蛋白错误折叠引起的阿尔茨海默症和Ⅱ型糖尿病患者日益增多,然而,因淀粉样蛋白分子错误折叠导致的蛋白聚集体的结构复杂,其致病机制至今尚未明确,极大阻碍了淀粉样蛋白相关疾病的治疗研究和相关新型药物的研发。因此,精确地解析淀粉样蛋白聚集体的结构,揭示其自组装过程均对深入理解淀粉样蛋白相关疾病的致病机制,以及相关治疗策略的制定将起到至关重要的作用。目前已有多种检测技术用于研究淀粉样聚集体的结构多样性,但因淀粉样蛋白质具有分子量大、结晶性差及纤维结构的不均一性等特性极大限制了对淀粉样聚集体结构的探究。基于此,本论文围绕人胰岛淀粉样多肽（hIAPP37）和β淀粉样蛋白（Aβ）的错误折叠过程、结构的多样性和相似性,以及二者之间的相互作用展开研究;我们采用高分辨率原子力显微镜技术与微晶电子衍射技术（Micro ED）和理论模拟计算相结合的方法,研究了如涡旋力、电场、化学小分子、离子浓度等环境因素对hIAPP37和Aβ蛋白的聚集过程的影响。并采用圆二色谱、透射电镜、荧光光谱仪、傅里叶红外光谱等技术解析淀粉样蛋白聚集体的二级结构、形貌特征、动态聚集过程及相应的纳米力学性能,最后,通过细胞毒性实验研究了它们的生物学毒性变化,并探索其可能的致病机制。主要研究工作如下:1.hIAPP37因其复杂多变的结构、结构信息的匮乏极大阻碍其致病机制的研究。以磁粒子引起的涡旋力对人胰岛淀粉样多肽20-29片段聚集过程的影响进行研究。冷冻电镜方法即Micro ED捕捉到在涡旋力作用下,人胰岛淀粉样多肽20-29片段形成螺旋结构,从分子层面揭示了人胰岛淀粉样多肽20-29片段可能的结构构象,即其是由2个反平行的β-片层结构构成;原子力显微镜监测人胰岛淀粉样多肽20-29片段的组装过程、纤细纤维及类似晶体形纤维、螺旋结构聚集体的形貌及其扭转周期性,揭示了人胰岛淀粉样多肽20-29片段的聚集体结构多样性及组装机制,该研究工作有助于深入探索hIAPP37的结构多样性和其可能的致病机制。2.人体内存在微弱的静电场,hIAPP37受环境因素影响形成的结构及其组装机制尚不明确,影响探索Ⅱ型糖尿病的发病机制。通过引入外加电场,研究hIAPP37的自组装过程及其聚集体的形貌特征。圆二色谱测试结果表明,外加电场的引入改变了hIAPP37的二级结构构象,使其β-折叠结构的含量减少、α-螺旋结构含量的增加,进而引起其聚集过程中纤维形貌产生差异性,出现较多的纤细长纤维,并提高了聚集体对大鼠胰岛细胞瘤细胞（INS-1细胞）的存活率;理论模拟计算结果进一步证实了电场作用能改变淀粉样肽链之间和分子内的相互作用,进而引起多肽分子结构的构象改变,即α-螺旋结构的出现。该部分研究内容为探索hIAPP37的致病机理提出了新的思路。3.探索hIAPP37聚集体的降解机制,对Ⅱ型糖尿病的预防和治疗具有重要意义。选择水溶性光活性卟啉分子作为光催化化学小分子,用于研究其对hIAPP37成熟聚集体的降解过程;圆二色谱和原子力显微镜实验结果表明光活性卟啉使淀粉样纤维聚集体的二级结构和形貌发生显著变化,即β-折叠结构含量的减少和α-螺旋结构含量的增加,并导致纤维聚集体的消失和聚集颗粒的生成;电子顺磁共振波谱结果分析显示光活性卟啉产生了超氧自由基(O2●-)、羟基自由基（●OH）、单线态氧等活性氧物质,它们均有可能破坏hIAPP37成熟纤维间的氢键、范德华力及静电力等用于稳定纤维结构的分子间作用力,同时光照过程中部分能量通过激发态的卟啉转移到淀粉样纤维中,破坏了其β-折叠结构的稳定性,进而导致了hIAPP37成熟纤维形貌的改变和其对INS-1细胞毒性的降低。本章研究结果可为探索Ⅱ型糖尿病治疗策略的开发提供帮助。4.据大量的文献报道,hIAPP37与Aβ蛋白具有相似的结构和组装过程,因而研究Aβ蛋白的组装机制不但有助于深入理解阿尔茨海默症的发病机制,还有助于理解hIAPP37的组装机制。Aβ蛋白因错误聚集形成复杂的形貌和结构,由此引发的致病机制至今不明确;β淀粉样多肽25-35（Aβ25-35）片段作为β淀粉样蛋白的核心片段,极大影响β淀粉样蛋白的致病机制研究。本文研究Aβ25-35片段在不同离子浓度环境下的自组装过程。经研究发现磷酸根离子促进了Aβ25-35的生长过程,导致Aβ25-35在超纯水中形成平坦膜形貌结构,在磷酸根缓冲液中形成扭转纤维结构。圆二色谱测试结果表明在不同的溶剂环境中,Aβ25-35可形成不同的二级结构,磷酸溶液中形成了以β-折叠结构为主的二级结构,进而导致两种纳米组装体结构的差异并对人神经母细胞瘤（SH-SY5Y）细胞产生不同程度的细胞毒性。