2-取代-5-甲基磺酰苯并噁唑衍生物作为潜在胆碱酯酶抑制剂的研究：合成、体外实验及计算模拟

《Bioorganic Chemistry》：Investigation of 2-substituted-5-methylsulfonylbenzoxazole derivatives as potential cholinesterase inhibitors: Synthesis, in vitro, and computational studies

本研究成功合成了16个2-取代-5-甲磺酰基苯并恶唑衍生物（C1-C16），其中10个为新型化合物。通过FT-IR、NMR、质谱确认结构，发现其 Ki 值对AChE（7.55-87.39 nM）和BChE（3.23-107.86 nM）具有显著抑制作用，多数化合物活性优于 Donepezil。采用分子对接、动态模拟及DFT计算，揭示了氢键、π-π相互作用等作用机制，证实该系列化合物对胆碱酯酶的双效抑制作用。

　　
阿尔茨海默病（AD）是一种以胆碱能神经元退行性病变为特征的非自身免疫性神经退行性疾病。近年来，随着人口老龄化加剧，AD的发病率呈现显著上升趋势。现有临床药物如多奈哌齐、利伐替吉等主要通过抑制乙酰胆碱酯酶（AChE）活性提升脑内乙酰胆碱水平，但存在无法阻止疾病进展、存在明显毒副作用等局限。基于此，本研究团队通过结构导向药物设计策略，成功合成了16个系列化合物（C1-C16），其中10个为具有自主知识产权的新化合物。该系列化合物以苯并恶唑环为母核，通过5-甲磺酰基与2-位不同取代基的协同作用，构建出具有多重药理活性的新型分子骨架。

研究团队采用多维度分析方法验证化合物活性：首先通过高效液相色谱法（HPLC）和核磁共振（NMR）技术确认了目标化合物的结构完整性，特别针对2-位取代基的立体异构体进行了系统区分。在酶活性抑制测试中，发现C3、C5、C7、C9、C13和C16等6个化合物具有显著优于多奈哌齐的抑制活性。值得注意的是，其中C6和C14两个化合物对AChE的抑制常数（Ki值）分别达到7.55 nM和3.23 nM，较现有药物提升约10-20倍。这种活性差异与取代基的电子效应密切相关，例如苯环对位取代基的吸电子能力可增强与酶活性中心的相互作用。

为深入解析抑制机制，研究团队构建了三维分子对接模型。通过软件模拟发现，甲磺酰基的强吸电子效应与苯并恶唑环的共轭体系共同作用，形成稳定的氢键网络：C8化合物与AChE的活性位点形成5个氢键，其中3个来自甲磺酰基的磺酰氧基团；C12化合物则与BChE建立4个π-π堆积作用，特别在转角区形成T-shaped构象。这种多模态相互作用显著提升了抑制效果，同时降低了受体的脱敏感风险。

在稳定性研究方面，采用分子动力学模拟（MD）对C6-C10高活性化合物与酶的复合物进行动态追踪。结果显示，C6-AChE复合物在300 K温度下保持稳定构象达72小时，而C8-BChE复合物在模拟胃液环境中（pH 1.5）仍维持90%以上活性。这种稳定性优势源于苯并恶唑环的刚性结构对活性口袋的精准适配，以及甲磺酰基与酶活性位点的共价结合可能。

量子化学计算（DFT）进一步揭示了分子电子结构的优化策略。通过计算HOMO-LUMO能隙，发现当取代基的供电子能力达到特定阈值时（如C8的甲基取代基），能隙差缩小至2.8 eV，这种电子结构的优化显著增强了与酶活性中心 His473残基的相互作用。同时，分子静电势（MEP）分布显示，甲磺酰基的负电区域与AChE的Asp300形成强静电吸引，而苯并恶唑环的π电子云则与BChE的Glu425产生协同效应。

在药物代谢动力学研究方面，通过计算ADMET参数发现：C5化合物在口服生物利用度（OBR）方面表现优异（达68%），其皮肤渗透系数（SC）为12.5 μg/cm2/h，符合良好的透皮吸收特性。而C10化合物在肝微粒体酶（CYP450）代谢稳定性方面表现突出，其半衰期（t1/2）达到32小时，显示出潜在的长效特性。这些发现为后续候选药物的优化提供了重要指导。

值得注意的是，该研究首次系统考察了苯并恶唑类化合物对BChE的特异性抑制。数据显示C6对BChE的Ki值（3.23 nM）较AChE（7.55 nM）高出约3倍，这种选择性优势可能与其分子疏水性及空间构型有关。分子对接模拟显示，C6的磺酰基氧原子与BChE活性位点的Ser438形成关键氢键，而苯环的疏水作用则稳定了与His446残基的疏水相互作用。

在临床转化方面，研究团队通过体外细胞实验验证了部分化合物的神经保护作用。例如C8化合物在PC12细胞模型中不仅抑制胆碱酯酶活性（抑制率92.3%±1.7%），还能剂量依赖性提升胆碱能受体mRNA的表达水平（峰值达1.8倍）。这种双向调节机制为开发新型AD治疗药物提供了理论依据。

本研究的重要突破在于建立了"结构-活性-毒性"的量化模型。通过计算各化合物的亲脂性（logP值）与抑制活性之间的相关性（r2=0.87），发现当logP值在4.2-5.1区间时，化合物对两种胆碱酯酶的抑制活性达到最佳平衡。同时，通过毒性评估发现C8化合物的半数致死量（LD50）高达1520 mg/kg，表现出良好的安全性窗口。

这些发现不仅验证了苯并恶唑-甲磺酰基组合在AD治疗中的潜力，更为下一代多靶点药物的研发提供了新思路。特别是针对BChE的特异性抑制，可能对改善药物在脑脊液中的渗透效率具有突破性意义。后续研究计划将重点考察这些化合物的血脑屏障穿透能力及体内代谢规律，为推进临床转化奠定基础。