新型四氢吖啶衍生物的合成、抗糖尿病评价与计算洞察：多靶点抑制剂的发现与机制研究

《Scientific Reports》：Synthesis and antidiabetic evaluation of novel Tetrahydroacridine derivatives with computational insights

本研究针对糖尿病治疗中多靶点药物需求的科学问题，合成了32种新型四氢吖啶衍生物，通过体外葡萄糖扩散实验、分子对接（DPP-IV、SGLT1、GLUT2靶点）和体内STZ诱导糖尿病大鼠模型评价，发现化合物4b、5a、7a等具有显著降血糖活性（4周内血糖降至180.5±12.3 mg/dL），且ADMET预测显示良好的口服生物利用度和低毒性。该研究为开发兼具多重抑制作用和安全性的抗糖尿病先导化合物提供了新策略。

　　

糖尿病作为一种全球性流行病，其发病率正以惊人的速度增长。根据国际糖尿病联盟（IDF）2025年发布的数据，全球约有5.89亿成年人患有糖尿病，而世界卫生组织（WHO）的统计显示，糖尿病患病率从1990年的约7%上升到2022年的14%，凸显了这一代谢性疾病的严峻形势。糖尿病主要分为1型（T1DM）和2型（T2DM），其中超过90%的病例为2型糖尿病，其特征是组织胰岛素抵抗和β细胞功能障碍导致的胰岛素分泌受损。长期高血糖状态会引发一系列微血管（视网膜病变、神经病变、肾病）和大血管（心脏病、中风、外周血管疾病）并发症，严重威胁人类健康。

目前临床使用的抗糖尿病药物多为单靶点药物，存在疗效有限、副作用明显等局限性。因此，开发具有多靶点抑制活性的新型抗糖尿病药物成为当前研究的热点。四氢吖啶（THA）衍生物作为一类重要的含氮杂环化合物，因其广泛的生物活性而受到关注。以往研究表明，THA衍生物在抗肿瘤、抗菌、抗炎和乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制等方面表现出良好活性，特别是其乙酰胆碱酯酶抑制特性已被用于阿尔茨海默病的治疗。值得注意的是，乙酰胆碱在调节支气管收缩、促进唾液和消化液分泌、调节肠道蠕动的同时，也被发现对血糖水平有一定影响，这为THA衍生物在糖尿病治疗中的应用提供了理论依据。

尽管THA衍生物在神经退行性疾病和抗菌领域得到了广泛研究，但其在代谢性疾病特别是糖尿病方面的潜力尚未得到充分探索。在这一背景下，埃及苏伊士大学和新河谷大学的研究团队开展了一项创新性研究，设计、合成并评价了一系列新型THA衍生物的抗糖尿病活性。该研究基于合理的药物设计策略，通过结构修饰获得了32个新型THA衍生物，并系统评价了它们对多个糖尿病相关靶点（α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶、DPP-IV、SGLT1和GLUT2）的抑制活性，旨在发现具有多靶点抑制活性的先导化合物。

研究方法主要包括多步有机合成反应（涉及亲核芳香取代和曼尼希缩合）、光谱分析技术（1H-NMR、13C-NMR、质谱和元素分析）确认结构，体外葡萄糖扩散实验初步筛选活性，分子对接研究（针对DPP-IV、SGLT1和GLUT2靶点）分析相互作用机制，ADMET和类药性评价（基于Lipinski五规则和计算药代动力学模型）评估成药性，以及STZ诱导的糖尿病Wistar大鼠模型进行体内药效学评价。实验动物处理遵循伦理准则，并获得苏伊士大学动物伦理委员会批准（IBR: CSRE-15-25）。

3. Biological Screening

3.1. In-vitro antidiabetic Evaluation of Tetrahydroacridine Derivatives(Inhibition of a-amylase enzyme)

研究人员首先通过体外葡萄糖扩散实验评估了THA衍生物的降糖潜力。实验结果显示，在测试的化合物中，化合物4b（100 mg/kg）表现出最强的葡萄糖扩散抑制活性，在最低测试浓度（6.25 mg/dL）下抑制率达到34.00%，优于参照药物格列齐特（Gliclazide）。其他衍生物如6c（100 mg/kg）和8c（100 mg/kg）显示出中等抑制活性，抑制率在3%至20%之间波动。值得注意的是，化合物5b（100 mg/kg）和7b（100 mg/kg）在某些浓度下显示出负抑制值，表明其效果低于格列齐特，甚至可能促进葡萄糖扩散。这些结果表明，特定的结构修饰可以显著增强THA支架的抗糖尿病活性。

3.2. In-vivo Antidiabetic Evaluation of Tetrahydroacridine Derivatives

3.2.9. Tetrahydroacridines' Impact on Blood Glucose Levels During Fasting:

体内研究进一步验证了THA衍生物的降糖效果。在为期4周的实验中，研究人员观察了正常对照组、糖尿病对照组和药物治疗组大鼠的空腹血糖变化。结果显示，正常大鼠的空腹血糖水平在整个实验期间保持稳定，而未治疗的糖尿病大鼠血糖水平显著升高。在药物治疗组中，化合物5b、7a和8b（100 mg/kg）表现出显著的降糖效果，接近或超过了格列齐特的疗效。特别是化合物5b，在治疗第4周时将血糖水平降至180.5±12.3 mg/dL，显示出最强的降糖活性。其他化合物如4b、4c和6a也表现出良好的剂量依赖性降糖效果。

4. In Silico Study:

4.3. Molecular Docking.

分子对接研究揭示了THA衍生物与糖尿病关键靶点的相互作用机制。研究人员选择了三个重要的糖尿病相关靶点：二肽基肽酶-IV（DPP-IV，PDB ID: 4A5S）、钠依赖性葡萄糖协同转运蛋白1（SGLT1，PDB ID: 3DH4）和葡萄糖转运蛋白2（GLUT2，PDB ID: 4PYP）。对接结果显示，多个THA衍生物与这些靶点表现出强烈的结合亲和力。

在与DPP-IV的对接中，化合物4a表现出最佳的结合亲和力（ΔG = -11.9 kcal·mol^-1），与关键活性位点残基Tyr666、Asn710、His740、Trp629、Tyr662、Ser630和Tyr631形成稳定相互作用。其他化合物如5a（ΔG = -11.8 kcal·mol^-1）、4d（ΔG = -11.2 kcal·mol^-1）和4c（ΔG = -11.0 kcal·mol^-1）也显示出优异的结合能力。

在与SGLT1的对接中，化合物4c表现出最强的结合亲和力（ΔG = -9.8 kcal·mol^-1），与Tyr262、Asn267、Tyr269等残基形成氢键和π-π相互作用。化合物4a、4b和5a也显示出良好的结合能力（ΔG = -9.6 kcal·mol^-1）。

在与GLUT2的对接中，化合物5a表现出最佳的结合亲和力（ΔG = -11.4 kcal·mol^-1），与Pro141、Ile404、Pro401等关键残基相互作用。值得注意的是，所有测试的THA衍生物的结合亲和力均显著优于参照药物格列齐特。

4.5. Drug Scan and ADMET Profiling.

ADMET和类药性评价表明，所选先导化合物具有良好的成药潜力。根据Lipinski五规则，化合物4a和7a没有违反任何参数，预计具有合理的口服生物利用度。其他化合物如4d和5a仅违反一个参数，4b和4c违反两个参数，但仍处于可接受范围内。AMES毒性测试显示，除化合物4c外，所有选定衍生物均为非AMES毒性且非致癌性。整体ADMET药物扫描结果令人满意，特别是化合物7a可能被批准为针对特定受体蛋白的有效治疗候选物。

5. Structure-Activity Relationship(SAR).

构效关系分析揭示了THA衍生物结构与活性之间的重要联系。研究发现，四氢吖啶环上的吸电子取代基（Cl、Br）通常能增强抗糖尿病活性，这可能是由于改善了与生物靶点的极性相互作用。相反，供电子基团（如CH₃）显示出中等活性。关于连接基团，含有哌嗪桥的化合物（5a-d）表现出更好的体内功效和对接得分，反映了其增强的灵活性和最佳空间取向。酰肼连接的衍生物（4a-d）在体外具有强效活性，但体内性能降低，可能是由于渗透性有限。同时，具有苯末端的尿素/硫脲衍生物（7a-h）表现出强大的多靶点潜力，特别是硫脲类似物，受益于更强的硫基相互作用。对接结果支持了实验发现，其中表现最佳的化合物（4a、4b、5a、7a）与DPP-IV、SGLT1和GLUT2中的关键残基显示出稳定的相互作用。

本研究通过合理的结构设计和多方位评价，成功发现了一系列具有显著抗糖尿病活性的新型THA衍生物。这些化合物不仅表现出优异的体外和体内降糖效果，还显示出对多个糖尿病相关靶点的抑制活性。分子对接研究进一步证实了它们与关键靶点的强效结合能力，而ADMET预测则表明它们具有良好的成药性和安全性。

特别值得关注的是，化合物5b在体内实验中表现出最强的降糖活性，在治疗4周后将糖尿病大鼠的血糖水平降至180.5±12.3 mg/dL，效果优于参照药物格列齐特。同时，多个化合物（如4a、5a等）在分子对接中显示出对DPP-IV、SGLT1和GLUT2的强效抑制潜力，表明它们可能作为多靶点抑制剂发挥作用。

这项研究的创新之处在于首次将THA衍生物系统性地应用于抗糖尿病研究，并通过综合的实验方法验证了其活性机制。研究结果不仅为糖尿病治疗提供了新的候选化合物，也为基于THA支架的多靶点药物设计提供了重要参考。未来研究可进一步优化先导化合物的结构，开展更深入的酶抑制实验和药效学研究，推动这些候选化合物向临床应用迈进。