发现新型香豆素与喹啉杂化物，作为潜在的抗阿尔茨海默病药物

《Bioorganic & Medicinal Chemistry》：Discovery of novel hybrids of coumarin and quinoline as potential anti-Alzheimer's disease agent

阿尔茨海默病多靶点药物开发：通过设计24种新型 coumarin-quinoline杂合化合物，发现B8化合物能有效抑制Aβ聚集、胆碱酯酶活性及BACE1酶活性，降低氧化应激和细胞凋亡，并在APP/PS1转基因小鼠中表现出血脑屏障穿透性及改善认知功能、保护神经元、减少Aβ沉积的作用。

　　

李顺|李新瑞|李双龙|陈道远|夏春丽

遵义医科大学珠海校区生物工程学院，中国珠海519041

摘要

阿尔茨海默病（AD）的多方面特性激发了人们对开发多靶点定向配体（MTDLs）以预防和治疗该疾病的兴趣。香豆素和喹啉骨架因其广泛的与AD相关的生物活性而被选中，这些活性包括调节β-淀粉样蛋白（Aβ）聚集、抑制胆碱酯酶（ChE）、抑制β-分泌酶1（BACE1）以及提供神经保护。在本研究中，合理设计并合成了24种新的香豆素-喹啉杂化化合物。针对Aβ、ChE和BACE1的抑制研究表明，化合物B8是一个有前景的先导化合物。B8能够有效结合Aβ，并通过降低氧化应激和减少细胞凋亡来显著减轻Aβ诱导的SH-SY5Y细胞死亡。关键的是，B8表现出优异的血脑屏障（BBB）通透性，将B8腹腔注射给7个月大的APP/PS1转基因小鼠后，其认知功能得到改善。这种改善得到了海马区和皮质神经元免于坏死、这些脑区的氧化应激和炎症减轻以及Aβ沉积减少的支持。这些发现突显了香豆素-喹啉杂化物作为新型AD治疗药物的潜力，B8作为一个有前景的先导候选物，值得进一步研究。

引言

阿尔茨海默病（AD）以进行性神经退化为特征，是老年人痴呆的主要原因。AD的病理机制涉及几个关键因素：β-淀粉样蛋白（Aβ）的异常积累、胆碱能神经传递的紊乱、氧化应激和神经炎症。1., 2., 3., 4. 关键的是，这些因素在一个自我持续的神经毒性级联反应中相互关联。例如，β-位点淀粉样前体蛋白切割酶1（BACE1）介导的淀粉样前体蛋白（APP）切割增加了可溶性Aβ寡聚体和纤维的形成，从而促进了Aβ的沉积并加剧了与氧化应激相关的神经毒性。过量的活性氧（ROS）反过来又上调了BACE1的活性，加速了异常tau蛋白的磷酸化和聚集。同时，过度活跃的胆碱酯酶（ChEs）降低了突触乙酰胆碱（ACh）的水平，削弱了胆碱能的抗炎和神经保护作用，同时也促进了Aβ的聚集，从而形成了一个恶性循环。5., 6., 7., 8. 传统的药物干预措施主要针对单一的病理方面，如乙酰胆碱酯酶抑制剂或N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体拮抗剂，由于疾病的多因素病因，其临床效果有限。9> 这促使人们越来越关注开发多靶点定向配体（MTDLs）作为一种更全面的治疗策略。10, 11>

由于缺乏有效的AD治疗方法，人们对各种天然和合成骨架进行了广泛的研究。12> 在这些骨架中，香豆素和喹啉被证明是发现AD药物的有希望的骨架。这两种骨架的衍生物表现出广泛的与AD相关的生物活性，包括抑制Aβ聚集、调节ChEs活性以及抑制BACE1和单胺氧化酶（MAO-A/B）。报道的具有生物活性的香豆素包括AP2238和S-14b，13., 14., 15., 16.，以及基于喹啉的化合物如塔克林（tacrine）、克利奥喹诺尔（clioquinol）和塔克林-8-羟基喹啉杂化物（图1）。17., 18., 19., 20. 此外，香豆素和喹啉骨架具有很高的合成可调性：通过引入不同的取代基或连接剂，可以精细调节脂溶性、构象和与目标蛋白的相互作用，从而优化化合物的活性、选择性和药代动力学性质。值得注意的是，许多香豆素和喹啉衍生物表现出良好的ADME特性和血脑屏障（BBB）通透性，这些特性对于实现足够的中枢神经系统暴露和AD治疗效果至关重要。理论上，将这两种骨架合理结合在一个分子中可以保留各自的优势特性，同时可能产生协同效应，减轻脱靶效应并降低单一靶点药物产生耐药性的风险。（见图2。）

考虑到结合香豆素和喹啉的潜在协同效益，我们设计了一系列香豆素-喹啉杂化物，改变了两种药效团之间的连接剂长度和位置。这种杂交策略旨在开发能够同时调节AD多个病理特征的多靶点定向配体。通过简化的两步路线合成了24种香豆素-喹啉杂化物，然后对其进行了针对Aβ、ChE和BACE1的全面体外抑制评估，并使用平行人工膜渗透测定法（PAMPA）评估了它们的BBB通透性。选出了一个最佳候选物B8，对其与Aβ的相互作用及其保护SH-SY5Y细胞免受Aβ诱导的细胞毒性的能力进行了研究。最后，通过行为测试和对APP/PS1转基因AD小鼠模型中海马神经元的组织病理学分析，评估了B8的体内疗效。

章节摘录

化学

香豆素和喹啉因其多样的生物活性而闻名，并且分别与AD病理的多个方面有关。21., 22., 23., 24. 为了开发更有效的多功能AD治疗药物，我们通过改变连接剂长度、位置和取代基团，合成了24种新的香豆素-喹啉杂化物。杂化物的合成采用了两种通用方法：方案1a用于A1–A16，方案1b用于B1–B8。

结论

尽管多靶点策略具有很大的潜力，但其开发和实施面临重大挑战。MTDLs的药代动力学和药效学非常复杂，需要严格的临床试验来确定其安全性和有效性。此外，确定最佳的病理生理靶点组合和最有效的药物仍是一个重大的科学挑战。31> 本研究中采用的香豆素-喹啉杂化方法提供了一种有前景的策略

合成与表征

所有用作起始材料的商业化学品均为分析级，无需进一步纯化。使用Bruker BioSpin GmbH光谱仪，在DMSO-d6中以600Mhz 1H NMR和151Mhz 13C NMR谱仪进行测量，TMS作为内标；化学位移以百万分之一（ppm）报告，相对于残留的DMSO-d6（δ=2.50,1H；δ=40.42–39.58,13C）和CDCl3（δ=7.26, 1H；δ=77.32–76.81, 13C）。质谱（MS）在Shimadzu LCMS-2010A仪器上记录

CRediT作者贡献声明

李顺：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，数据分析，概念化。李新瑞：数据分析。李双龙：软件，数据分析。陈道远：撰写 – 审稿与编辑。夏春丽：撰写 – 审稿与编辑，监督，资源提供，方法学设计。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。