阿尔茨海默病(AD)是一种神经退行性疾病,会导致老年人认知能力、记忆力和正常脑功能的逐渐丧失,最终导致死亡。AD通常在成年中期到晚期发病,占所有痴呆症病例的60-80%[[1], [2], [3], [4]]。2022年,全球有超过5500万人患有AD [5]。预计到2030年这一数字将增至8200万,到2050年将进一步增加到约1.52亿 [6,7]。AD的病理生理机制复杂且多因素,涉及多种相互关联的病理因素。AD的发展与胆碱能通信的丧失、细胞外β-淀粉样蛋白(Aβ)肽的积累、神经纤维缠结的形成以及单胺氧化酶(MAO)的过度活跃有关 [8]。关于AD的病因有多种假说,包括突触功能障碍、神经膜老化、营养不良等多种因素。其中一些假说是互补的,而不是相互排斥的。研究较多的AD假说包括胆碱能假说、单胺氧化酶(MAO)假说、tau蛋白假说、炎症假说、氧化应激假说、葡萄糖代谢异常假说、金属离子假说等 [9]。
胆碱能假说认为,乙酰胆碱酯酶(AChE)的过度表达导致大脑中乙酰胆碱(ACh)水平降低,从而影响神经传递。AChE还在周围阴离子位点(PAS)提供聚集中心,促进Aβ肽的聚集 [10]。因此,抑制这种酶可能在AD的治疗中起关键作用。目前有三种FDA批准的乙酰胆碱酯酶抑制剂(AChEIs),即多奈哌齐、利凡斯的明和加兰他敏,用于治疗轻度至中度AD [11,12]。这些药物的临床试验在一定程度上改善了患者的认知能力和整体功能,但效果不是永久性的,并且观察到多种不良反应 [13,14]。MAO酶(MAO-A和MAO-B)通过催化氧化脱氨作用代谢多种单胺 [15]。在氧化脱氨过程中,胺类化合物转化为醛类,同时产生氨(NH3)和过氧化氢(H2O2)。H2O2可通过产生活性氧(ROS)引起严重的神经毒性 [16,17]。在AD患者的脑中,MAO-B的活性比健康人更高。过度活跃的MAO会通过异常切割淀粉样前体蛋白(APP)促进Aβ肽的积累,这些聚集的Aβ肽形成神经纤维缠结,进一步导致神经元死亡 [18]。开发强效的MAO-B抑制剂可以减少氧化应激和神经退行性变化,从而阻止疾病的进展 [19]。
丙炔胺是一类非常有用的化合物,在有机化学和药物化学中具有重要意义。帕吉林、雷沙吉林和塞莱吉林是一些用于治疗阿尔茨海默病和帕金森病的丙炔胺衍生物 [[20], [21], [22]]。丙炔胺具有很高的实用性,成本低廉,适合作为有机化学的起始材料。它们用于合成多种杂环化合物,如咪唑-2-酮、噻唑烷-2-硫酮和2-噁唑烷酮,这些化合物在药物化学、制药和农业化学领域具有价值 [23,24]。Xu等人成功合成了新型的丙炔胺修饰的嘧啶基硫脲衍生物,作为多功能的AD治疗药物,这些衍生物对AChE和MAO-B表现出良好的选择性抑制作用。对接研究证实了丙炔胺结构与MAO-B的FAD之间的相互作用 [25]。在我们的实验室中,通过脱羧A3-偶联反应合成了一系列丙炔胺衍生物,并对这些化合物进行了AChE和MAO-B的测试,其中一些化合物表现出显著的抑制作用 [26]。Zhong等人成功合成了新型的氯吉林衍生物,并将其作为多靶点药物研究用于AD治疗。所有合成的衍生物都经过了ChEs和MAO-B的抑制效果测试,大多数化合物对不同靶点表现出平衡的抑制作用 [27]。Kulikova等人合成了新型的苯并[b][1,6]萘啶衍生物,并对其MAO抑制活性进行了测试 [28]。最近,Mavroeidi等人合成了含有内部炔基的丙炔胺衍生物,并对其单胺氧化酶的抑制潜力进行了测试。研究表明,含有内部炔基的丙炔胺对MAO-A和MAO-B表现出良好的抑制作用 [29]。
由于AD的病因复杂,单一靶点的药物无法有效治愈或阻止疾病进展。多靶点定向配体(MTDLs)策略涉及设计和合成能够结合多个靶点并调节其活性的配体。MTDLs相比联合疗法具有优势,因为它们不会遇到不同药物的生物利用度和药物相互作用问题。因此,一种能够同时靶向AChE、MAO并提供神经保护的单一分子有可能有效管理AD。在过去十年中,我们的研究小组一直在设计、合成和筛选作为MTDLs的小分子,为不同的靶点引入特定的药效团。我们探索了多种化学骨架,包括嘧啶、喹唑啉和色酮,并鉴定出一些具有多重潜力的候选化合物。研究发现,丙炔基在活性中起着关键作用 [22,[30], [31], [32], [34]]。在本研究中,我们设计了带有额外O-丙炔基取代基的丙炔胺衍生物,以研究其对活性的影响(图1)。丙炔胺衍生物是通过O-丙炔基苯甲醛、仲胺和苯乙炔的三组分反应合成的。
所有合成的化合物分别使用Ellman试验和Amplex red试验进行了ChEs和MAO酶的测试。还对候选化合物进行了细胞毒性、神经保护和Aβ诱导的ROS抑制作用测试,实验对象是人类神经母细胞瘤细胞系(SH-SY5Y)。还对强效化合物进行了可逆性和酶动力学研究。此外,还进行了分子对接研究,以观察候选化合物的结合模式和取向。进一步进行了100纳秒的分子动力学模拟,以评估蛋白质-配体复合物的热力学稳定性和行为。