含O-丙炔基的丙炔基胺衍生物的合成与评价:作为治疗阿尔茨海默病的多功能配体

时间:2026年2月8日
来源:Journal of Molecular Structure

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阿尔茨海默病(AD)治疗研究中,合成O-丙炔基丙胺衍生物并评估其多靶点抑制活性及神经保护效果,VS-8和VS-18对AChE和MAO-B抑制效果显著(IC50分别为1.60/3.31 µM和1.87/0.19 µM),且在细胞实验中表现出低毒性及抗Aβ神经毒性。

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Vinay Kumar|Kailash Jangid|Bharti Devi|Jayapriya Mishra|Naveen Kumar|Jasvinder Singh Bhatti|Rakesh Kumar|Vinod Kumar
印度旁遮普中央大学化学系有机与药物化学实验室,Bathinda,151401

摘要

阿尔茨海默病(AD)是全球最常见的痴呆症类型之一,对医疗系统造成了巨大负担。目前可用的药物仅能减缓疾病进展,无法有效预防。该疾病涉及多个靶点,这表明它是一种多因素引起的神经退行性疾病,因此需要创新的多功能药物来管理这种疾病,这也可能解释了现有单一靶点药物的效果不佳。在本研究中,我们设计并合成了一系列O-丙炔基丙炔胺衍生物,以开发强效的乙酰胆碱酯酶(AChE)和单胺氧化酶-B(MAO-B)抑制剂。所有合成的化合物都经过了胆碱酯酶(ChEs)和单胺氧化酶(MAO)的测试,以评估IC50值。在该系列中,VS-8和VS-18被确定为强效候选化合物,其对AChE的IC50值低于亚微摩尔水平(VS-8:1.60 µM,VS-18:1.87 µM),对MAO-B的IC50值分别为3.31 µM和0.19 µM)。此外,即使在25 µM浓度下,这些候选分子也表现出良好的神经保护作用,且没有细胞毒性。在SH-SY5Y细胞中,VS-8和VS-18对由β-淀粉样蛋白(Aβ)引起的神经毒性具有显著的防护效果。在活性氧(ROS)抑制研究中,VS-8显示出中等的ROS抑制作用。在AChE的可逆性和动力学研究中,这两种候选化合物均表现出可逆性,并显示出非竞争性抑制。此外,在分子建模研究中,这两种化合物在酶的活性位点显示出良好的结合相互作用和取向,并且在100纳秒的模拟时间内在蛋白质活性位点内保持热力学稳定。

引言

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。

部分内容

化学

根据方案1中的步骤,共合成了18种化合物。首先,使用K2CO3在DMF中,80°C条件下,通过取代羟基苯甲醛和丙炔基溴的反应合成了丙炔基中间体。接下来,通过丙炔基中间体、各种仲胺和苯乙炔的A3-偶联反应获得了目标产物。所有合成的化合物均通过1H NMR、13C NMR和HRMS进行了表征。

材料与方法

所有...

结果与讨论

所有合成的丙炔胺衍生物均被用于测试其抑制作用,所有化合物的IC50值见表1。
计算出的IC50值处于亚微摩尔范围内。VS-8和VS-18对AChE和MAO-B表现出平衡的抑制作用,其中VS-18的IC50值为0.19 ± 0.02 µM。在20 µM浓度下,没有任何化合物对BuChE和MAO-A的抑制效果达到50%以上。

结论

阿尔茨海默病是一种具有复杂病理生理机制的多方面神经疾病。单一靶点的治疗方法被证明无效,因此正在探索多靶点定向配体作为有效的AD治疗策略。在本研究中,我们合成了18种O-丙炔基衍生物,并评估了它们对AChE和MAO-B的抑制作用。

缩写

AD:阿尔茨海默病;AChE:电鳗乙酰胆碱酯酶;ACh:乙酰胆碱;AChSI:乙酰硫代胆碱碘化物;hMAO:人类单胺氧化酶;BBB:血脑屏障;BuChE:丁酰胆碱酯酶;BTCI:S-丁酰胆碱碘化物;CAS:催化活性位点;PAS:周围阴离子位点;ChEs:胆碱酯酶;FAD:黄素腺嘌呤二核苷酸;FDA:食品药品监督管理局;IC50:半数抑制浓度;MTDLs:多靶点定向配体;nM:纳摩尔;µM:

作者贡献

Vinay Kumar:方法学研究、数据管理、数据分析、初稿撰写。Naveen Kumar:数据管理、数据分析。Kailash Jangid & Bharti Devi:数据管理、数据分析、审稿与编辑。Jayapriya Mishra:细胞毒性、神经保护和ROS抑制研究。Jasvinder Singh Bhatti:细胞系实验监督。Rakesh Kumar:审稿与编辑、监督。Vinod Kumar:概念构思、监督、资金获取、数据分析

补充信息

提供了包含最终化合物的NMR和HRMS数据及图表的单独补充文件。

CRediT作者贡献声明

Vinay Kumar:初稿撰写、验证、方法学研究、数据管理。Kailash Jangid:软件开发、方法学研究。Bharti Devi:验证、软件开发、方法学研究、数据分析。Jayapriya Mishra:验证、方法学研究。Naveen Kumar:验证、方法学研究、数据分析。Jasvinder Singh Bhatti:监督、数据分析。Rakesh Kumar:监督、数据分析、概念构思。Vinod Kumar:审稿与编辑、监督、项目协调

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

VK感谢STARS-IISc提供的财务资助(编号MoE-STARS/STARS-2/2023-0040)。Vinay Kumar和NK分别感谢CSIR和UGC提供的资深研究奖学金。KJ感谢ICMR New Delhi颁发的SRF奖学金(文件编号45/29/2022-/BIO/BMS)。Bharti Devi感谢DST颁发的WISE-PhD奖学金(文件编号DST/WISE-PhD/CS/2023/64)。我们感谢DST对化学系的FIST资助(参考编号SR/FST/CS-I/2020/154(C)。

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