新型4-苯基喹啉-8-磺酸盐缩氨基硫脲类化合物的多靶点抗阿尔茨海默病活性研究

《Scientific Reports》：Design, synthesis, and multi-target evaluation of 4-phenyl quinoline-8-sulfonate thiosemicarbazones as potential anti-Alzheimer agents

本研究针对阿尔茨海默病(AD)复杂病理机制，设计合成了一系列新型4-苯基喹啉-8-磺酸盐缩氨基硫脲衍生物5(a-r)，并系统评价其多靶点抑制活性。研究发现化合物5c(邻氟苯基取代)表现出卓越的多靶点抑制能力，对乙酰胆碱酯酶(AChE)、丁酰胆碱酯酶(BChE)和单胺氧化酶A(MAO-A)的IC50值分别为78.07±3.14μM、22.63±2.81μM和0.84±0.01μM，显著优于阳性对照药物。分子对接和分子动力学模拟证实了其与靶酶活性位点的稳定结合，为开发新型多靶点抗AD药物提供了有前景的先导化合物。

　　

在当今全球老龄化加剧的背景下，阿尔茨海默病(Alzheimer's Disease, AD)作为一种渐进性神经退行性疾病，正日益成为威胁老年人健康的重大公共卫生问题。据统计，全球有超过5500万人受此疾病困扰，而这一数字随着人口老龄化进程仍在持续攀升。AD的典型病理特征包括β-淀粉样蛋白斑块沉积、神经纤维缠结形成以及胆碱能神经元的进行性退化，这些病理改变共同导致患者出现记忆力减退、认知功能下降和行为异常等一系列临床症状。

目前AD的治疗仍面临巨大挑战，现有药物如多奈哌齐(donepezil)、利斯的明(rivastigmine)等主要通过抑制乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase, AChE)来提高脑内乙酰胆碱水平，从而缓解症状，但无法阻止疾病进展。值得注意的是，在AD晚期阶段，丁酰胆碱酯酶(Butyrylcholinesterase, BChE)的活性显著升高，成为降解乙酰胆碱的主要酶类。此外，单胺氧化酶(Monoamine Oxidase, MAO)活性的增加会导致氧化应激加剧，进一步加速神经元损伤。面对AD复杂的多靶点病理机制，开发能够同时作用于多个关键靶点的多靶点定向配体(Multi-Target-Directed Ligands, MTDLs)已成为当前抗AD药物研究的重要策略。

在这一研究背景下，巴基斯坦巴哈丁扎卡里亚大学化学科学研究所的Zahid Shafiq教授团队在《Scientific Reports》上发表了最新研究成果。该研究创新性地将4-苯基-8-喹啉磺酰基引入硫代氨基脲骨架中，设计合成了18个新型衍生物5(a-r)，并系统评价了它们对AChE、BChE和MAO-A的抑制活性。

研究团队采用了两步合成法：首先通过4-羟基苯甲醛与喹啉-8-磺酰氯在DMF中反应得到4-甲酰基苯基喹啉-8-磺酸盐(3)，随后与相应的氨基硫脲衍生物4(a-r)在甲醇中回流缩合，成功获得了目标化合物。所有产物均通过¹H NMR、¹³C NMR、HRMS和HPLC等分析技术进行了充分表征。

酶抑制活性研究结果显示，该系列化合物表现出显著的多靶点抑制特性。特别是化合物5c(邻氟苯基取代)展现出最均衡且强大的抑制活性，对AChE、BChE和MAO-A的IC₅₀值分别为78.07±3.14μM、22.63±2.81μM和0.84±0.01μM，其MAO-A抑制活性甚至显著优于阳性对照药氯吉兰(clorgyline, IC₅₀=66.20±4.01μM)。其他化合物如5e(对氟苯基)、5g(2,3-二氯苯基)、5b(邻氯苯基)和5q(对氟苄基)也表现出良好的多靶点抑制特性。

结构-活性关系(Structure-Activity Relationship, SAR)分析表明，取代基的性质和位置对抑制活性具有重要影响。邻位氟取代(如5c)能够显著增强对三个靶点的抑制活性，这可能是由于氟原子的强电负性和适宜的空间位阻有利于与酶活性中心的结合。而苯环上多个取代基或特定位置的卤素原子也能进一步优化结合特性。

分子对接研究揭示了化合物与靶酶之间的详细相互作用模式。对AChE的对接研究表明，活性化合物5c、5e和5g与共结晶抑制剂二氢丹参酮I结合在相同的活性区域，均与Ser293、Tyr124和Tyr341形成氢键作用。特别是5e与Trp286形成了强烈的π-π堆积作用，这一发现为其高抑制活性提供了结构基础。

BChE的分子对接结果显示，活性化合物5b、5c和5g与塔克林(tacrine)结合在相同的活性位点。这些化合物的磺酰基氧原子与Gly116、Gly117和Ala199形成氢键，而硫原子则与His438和Phe398形成π-硫相互作用，这些相互作用共同稳定了配体-酶复合物。

MAO-A的对接研究显示，化合物5c、5e和5q结合在活性位点入口处，与共结晶抑制剂harmine的结合模式不同。这些化合物与Ala111、Thr211和Phe208等关键残基形成氢键网络，同时通过疏水相互作用与活性位点周围的芳香残基稳定结合。

为进一步验证对接结果的可靠性，研究团队进行了100纳秒的分子动力学模拟。5e-AChE复合物的模拟显示，蛋白质的C-α RMSD在模拟过程中稳定在2.6?左右，配体内部构象保持稳定，表明复合物具有良好的动态稳定性。5g-BChE复合物的模拟结果显示，尽管吲哚部分表现出一定的柔性，但整体结合模式在100纳秒模拟期间保持稳定。5c-MAO-A复合物的模拟证实，尽管蛋白质RMSD值较高(约4.8?)，但配体始终保持在结合位点，关键相互作用在模拟过程中得以维持。

本研究的关键技术方法包括：有机合成化学方法用于化合物制备，核磁共振波谱(NMR)和高分辨质谱(HRMS)用于结构表征，酶动力学方法用于抑制活性评价，分子对接和分子动力学模拟用于作用机制研究。酶抑制实验使用了来自电鳗的AChE、马血清的BChE以及人源的MAO-A。

研究结果表明，新型4-苯基喹啉-8-磺酸盐缩氨基硫脲衍生物，特别是化合物5c，具有显著的多靶点抗AD活性。其独特的结构特征和优异的酶抑制特性使其成为开发新型抗AD药物的有前景先导化合物。该研究不仅为AD治疗提供了新的候选分子，也为多靶点药物设计策略提供了重要理论依据。

这项研究的创新之处在于首次将4-苯基-8-喹啉磺酰基引入硫代氨基脲骨架，并通过系统的药理学评价和计算化学研究，阐明了此类化合物的多靶点作用机制。研究结果对开发具有改善血脑屏障通透性、增强选择性和降低毒副作用的新型抗AD药物具有重要指导意义。随着进一步的结构优化和临床前研究，这类化合物有望为AD患者带来新的治疗希望。