劉婧??付小梅??吳建華??黃瀟??關(guān)志宇
[摘要] 阿爾茨海默?。ˋD)稱(chēng)為老年性癡呆,為一種神經(jīng)退行性疾病,常發(fā)于老年人中,且給生活帶來(lái)巨大困擾。本文通過(guò)查閱近些年來(lái)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn),對(duì)多靶點(diǎn)分子治療阿爾茨海默病進(jìn)行綜述,為今后開(kāi)發(fā)新型治療阿爾茨海默病的藥物提供依據(jù)與參考。
[關(guān)鍵詞] 阿爾茨海默?。欢喟悬c(diǎn);研究進(jìn)展
[中圖分類(lèi)號(hào)] R914 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-0616(2014)14-20-06
阿爾茨海默病(alzheimers disease,AD)稱(chēng)為老年性癡呆,為一種神經(jīng)退行性疾病,常發(fā)于老年人中。其臨床表現(xiàn)為漸進(jìn)性記憶障礙、認(rèn)知功能障礙、人格改變及語(yǔ)言障礙等神經(jīng)精神癥狀,嚴(yán)重影響社交、職業(yè)與生活功能,并最終導(dǎo)致死亡[1]。其患病率隨年齡增高而不斷增加,在65歲以上人群中約為5%,在85歲以上人群中則上升至20%。目前世界上患有此患者數(shù)約有3600萬(wàn)并隨著人口老齡化的到來(lái)迅速增長(zhǎng),預(yù)計(jì)2030年達(dá)到6570萬(wàn),2050年則達(dá)到1.15億。作為全球人口第一大國(guó),我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入不可逆轉(zhuǎn)的老齡化社會(huì)。截至2008年底,中國(guó)60歲以上老年人口數(shù)量超過(guò)1.68億。根據(jù)老年人口總量及發(fā)病率預(yù)測(cè),中國(guó)目前患有阿爾茨海默病患者接近1000萬(wàn)人,占亞太地區(qū)的40%,占世界約1/4,已經(jīng)成為全球阿爾茨海默病第一大國(guó)[2]。此病嚴(yán)重影響老年人獨(dú)立生活能力,需要長(zhǎng)期的護(hù)理和看護(hù),消耗大量的人力、財(cái)力和物力,給社會(huì)發(fā)展帶來(lái)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),因此積極的治療并防止阿爾茨海默病的發(fā)生和發(fā)展具有重要的社會(huì)意義。
1 AD治療藥物的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)
AD是一種多病機(jī)異質(zhì)性疾病,其成因除了同腦內(nèi)膽堿水平的降低相關(guān)外還同β樣淀粉蛋白(Aβ)的聚集、氧化應(yīng)激、鈣離子水平失調(diào)、金屬離子水平的異常增高、以及中樞神經(jīng)炎癥等多種因素相關(guān)[3]。目前臨床上用于治療AD的藥物可以分為兩種類(lèi)型:一是以提高腦內(nèi)膽堿水平為目的的乙酰膽堿酯酶(AChE)抑制劑,上市的藥物有四個(gè)分別為多奈哌齊(Donepezil)、他克林(Tacrine)、利伐司替明(Rivastigmine)以及加蘭他敏(Galanthamine);
另一類(lèi)是以拮抗NMDA受體為目的的受體拮抗劑,美金剛(Memantine)(圖1)。這些藥物雖然能一定程度上緩解AD的癥狀,但不能從根本上阻止病情的進(jìn)一步發(fā)展,達(dá)到有效的AD治療效果[4]。
隨著AD病理機(jī)制研究的不斷深入,發(fā)現(xiàn)AD的發(fā)生和發(fā)展不是簡(jiǎn)單的單一因素引起,有著極其復(fù)雜的生理和病理機(jī)制,而目前針對(duì)單一靶點(diǎn)的單靶點(diǎn)藥物往往只能調(diào)控疾病的某一個(gè)途徑不能從根本上抑制AD的病理進(jìn)程。因此,尋求能同時(shí)作用于疾病多個(gè)相關(guān)靶點(diǎn)的多靶點(diǎn)治療藥物成為AD藥物研究的新方向。
圖1 目前上市的AD治療藥物
目前多靶點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)途徑多為藥物組合方式,即將幾種作用于不同靶點(diǎn)的藥物一起應(yīng)用,聯(lián)合用藥達(dá)到多靶點(diǎn)目的,但這種用藥方式常常由于藥物彼此間的相互作用,影響其藥效和藥物的代謝從而產(chǎn)生不良反應(yīng)。如果能把多個(gè)藥物的作用集中在一個(gè)分子上,就可以避免這種聯(lián)合用藥引起的不良反應(yīng),而這種實(shí)現(xiàn)這一途徑的方法我們通常稱(chēng)為多靶點(diǎn)設(shè)計(jì)方法。該設(shè)計(jì)方法即把具有不同活性的分子片段通過(guò)共價(jià)鍵連接構(gòu)成一個(gè)全新的分子,通過(guò)各個(gè)片段對(duì)靶點(diǎn)的作用從而發(fā)揮多靶點(diǎn)作用。目前針對(duì)AD多靶點(diǎn)藥物的設(shè)計(jì),常常是將具有膽堿酯酶抑制活性、抗Aβ聚集作用、抗氧化作用、調(diào)節(jié)金屬離子和鈣離子平衡、抑制單胺氧化酶活性等具有單靶點(diǎn)作用的分子片段,通過(guò)不同的組合,得到針對(duì)多個(gè)靶點(diǎn)的單一分子[5]。
2 具有膽堿酯酶抑制劑活性多靶點(diǎn)化合物
乙酰膽堿酯酶抑制劑是應(yīng)用于臨床的最早的藥物,它的應(yīng)用是基于AD發(fā)病的“膽堿能”假說(shuō),即AD患者的發(fā)病是由于腦內(nèi)膽堿水平降低引起的,抑制水解膽堿的AChE則可以改善AD發(fā)病癥狀從而緩解病情。目前臨床上應(yīng)用最為廣泛且較為有效的AD治療藥物,多為AChE抑制劑,因此,在多靶點(diǎn)化合物設(shè)計(jì)中,常常保留這一活性,然后連接一個(gè)具有其他活性的結(jié)構(gòu)片段,設(shè)計(jì)成為多靶點(diǎn)分子。
2.1 具有抑制MAO和AChE活性的化合物
單胺氧化酶(monoamine oxidase,MAO)是一種黃素酶,根據(jù)對(duì)底物的專(zhuān)一性和抑制劑的敏感性分為A和B兩種亞型[3]。通常,抑制劑MAO-A用于抗抑郁和抗焦慮的治療,而抑制MAO-B則被用于帕金森的治療[4]。但近期研究發(fā)現(xiàn)抑制單胺氧化酶,對(duì)AD的治療也有著積極的作用,抑制MAO-B可以降低對(duì)腦內(nèi)胺類(lèi)神經(jīng)遞質(zhì)的氧化,減少由此產(chǎn)生的自由基引起的神經(jīng)損傷,而抑制MAO-A則可以改善AD患者常由于認(rèn)知下降導(dǎo)致的精神抑郁癥狀,進(jìn)一步提高患者對(duì)精神愉悅的需求,同時(shí),有報(bào)道指出同時(shí)的抑制單胺氧化酶和膽堿酯酶也能阻止Aβ的產(chǎn)生和聚集進(jìn)一步減緩疾病的發(fā)展[5-6]。雷沙吉蘭(Rasagiline)是臨床上應(yīng)用較為廣泛的選擇性MAO-B抑制劑。利伐司替明的氨基甲酸酯片段被Bica等[6]引入至雷沙吉蘭的苯環(huán)中,因此得到一類(lèi)新茚類(lèi)化合物,這一系列化合物能夠同時(shí)使這兩個(gè)酶活性得到抑制。其中化合物1(TV3326)是它們中最潛在的藥物分子,能很好的抑制AChE和MAO-B,并且化合物被代謝后,得到的2個(gè)代謝物,分別為代謝物2(TV3294)與3(TV3218),這2個(gè)代謝產(chǎn)物依然可以作為MAO和AChE抑制劑,能繼續(xù)發(fā)揮AD治療作用。
同樣的,I.Bolea等[7]則利用AChE抑制劑多奈哌齊的芐基哌啶結(jié)構(gòu)和已知的MAO抑制劑4的吲哚丙炔胺結(jié)構(gòu)相連接,設(shè)計(jì)合成了一系列新的化合物作ChE/MAO雙重抑制劑。其中化合物5做為最潛在的多靶點(diǎn)抑制劑,顯示出了最好的MAO活性(MAO-A IC50=5.2nM;MAO-B IC50=43nM)和中等強(qiáng)度的ChE抑制活性(BuChE IC50=0.35μM;AChE IC50=0.46μM)。endprint
2.2 具有鈣離子拮抗作用和抑制AChE作用的化合物
腦內(nèi)鈣離子異常增高常常導(dǎo)致的神經(jīng)細(xì)胞毒性。J.Marco-Contelles等[8]將具有鈣離子拮抗作用的尼莫地平同具有ChE抑制劑作用的他克林巧妙的將結(jié)構(gòu)融合起來(lái)構(gòu)成一系列新化合物。這些化合物表現(xiàn)出了應(yīng)有的ChE抑制作用,同時(shí)由于其結(jié)構(gòu)的融合使得具有能同時(shí)作用于乙酰、丁酰膽堿酯酶的他克林表現(xiàn)出了對(duì)AChE的選擇性。它們中化合物6表現(xiàn)出了最強(qiáng)的AChE抑制活性和選擇性(AChE:IC50=45nmol/L,BuChE:IC50>10000nmol/L),同時(shí),在H2O2誘導(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞損傷中,對(duì)比尼莫地平能顯著地改善細(xì)胞生存率,為潛在的多靶點(diǎn)AD治療分子。
2.3 具有抑制AChE和5-羥色胺轉(zhuǎn)運(yùn)體活性的化合物
AD患者在發(fā)病過(guò)程中常常伴有抑郁癥狀,5-羥色胺轉(zhuǎn)運(yùn)體(serotonin transporter,SERT)抑制劑作為抗抑郁癥狀藥物的一種。Kogen[9]等把具有選擇性抑制活性的5-羥色胺氟西?。‵luoxetine)和乙酰膽堿酯酶抑制劑的利伐司替明中共有結(jié)構(gòu)——甲乙胺基甲酸酯進(jìn)行駢合,得到化合物7,其抑制活性為:SERT IC50 =6nmol/L,AChE IC50=14nmol/L。
2.4 具有抑制AChE和抗氧化活性的化合物
氧化損傷在老年癡呆癥患者出現(xiàn)神經(jīng)元及病理變化的極早期就在易感神經(jīng)元中出現(xiàn)。很多氧化應(yīng)激標(biāo)志物在神經(jīng)纏結(jié)還未形成之前就已經(jīng)能被檢測(cè)到。這說(shuō)明降低腦內(nèi)氧化損傷可以提前的預(yù)防和延遲AD發(fā)生和發(fā)展。Rosini等[10]采用“連接法”,將他克林通過(guò)不同長(zhǎng)度的烷基鏈同抗氧化劑硫鋅酸(Lipoic acid)連接起來(lái)設(shè)計(jì)、合成了一系列化合物,其中化合物8表現(xiàn)出了最好的AChE抑制活性其IC50達(dá)到0.25nmol/L,且保留了硫鋅酸的抗氧化活性,是一類(lèi)較為成功的具有抗氧化作用和抑制AChE活性的雙靶點(diǎn)化合物。
Maria等[11]將Memoquin的苯醌結(jié)構(gòu)并和硫鋅酸進(jìn)行駢合,得到了新化合物9,其中Memoquin有抑制Aβ聚集和AChE等藥理活性。該化合物對(duì)AChE的抑制作用達(dá)到0.1~0.19μmol/L,并且對(duì)牛心臟亞線(xiàn)粒體表現(xiàn)出抗氧化作用。
Rodriguez等[12]用不同長(zhǎng)度的烷基鏈連接具有抗氧化作用的褪黑素(Melatonin)和他克林,最終合成一系列化合物他克林-褪黑素雜合分子。其中連接鏈為6個(gè)亞甲基的化合物10對(duì)AChE的抑制作用達(dá)到8pmol/L,且對(duì)AChE的選擇性是BuChE的1000倍。同時(shí),該化合物還表現(xiàn)出了比水溶性維生素E(Trolox)強(qiáng)2.5倍的自由基清除作用。
房雷等[13]以氧化應(yīng)激應(yīng)激假說(shuō)為基礎(chǔ),通過(guò)將抗氧化劑阿魏酸同他克林連接起來(lái),設(shè)計(jì)、合成了一系列他克林-阿魏酸化合物。其中化合物11的ChE抑制活性均達(dá)到了個(gè)納摩爾級(jí)(AChE IC50=4.4nM;BuChE IC50=6.7nM)。此外該化合物在體外氧自由基吸收能力測(cè)試中表現(xiàn)出了良好的抗氧化能力。
2.5 具有抑制AChE和激動(dòng)M1受體活性的化合物
占諾美林(Xanomeline)是M1受體激動(dòng)劑,其作為甲基哌啶類(lèi)衍生物,能對(duì)M2-5受體有選擇性,且易透過(guò)血腦屏障。乙酰膽堿與M1受體結(jié)合后常??僧a(chǎn)生一系列生物效應(yīng)。Lei等[14]將他克林用不同的烷基胺或酰胺鏈將其連接,得到新的化合物,分別為12和13。經(jīng)過(guò)藥理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明,其抑制AChE的活性(pIC50=7.36~8.21)和他克林活性(pIC50 =7.34)類(lèi)似。其抑制活性隨著連接鏈長(zhǎng)度的增長(zhǎng)而不斷增加,并對(duì)AChE選擇性也優(yōu)于他克林對(duì)其的選擇性。其中AChE抑制活性最好的化合物為13,同時(shí)運(yùn)用在大鼠腦損傷模型中揭示這類(lèi)化合物能夠激動(dòng)M1受體,因此可以作為多靶點(diǎn)分子。
2.6 具有抑制AChE和拮抗M2受體活性的化合物
M2受體可以反饋性調(diào)節(jié)中樞膽堿能神經(jīng)釋放乙酰膽堿(ACh),因此拮抗M2受體可提高患者腦內(nèi)的ACh水平。Elsinghorst等[15]用含酰肼的鏈連接具有M2受體拮抗作用的三碘季銨酚和他克林,得到2個(gè)化合物,分別為14、15。藥理研究表明,這類(lèi)化合物抑制M2受體的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于先導(dǎo)化合物,并且對(duì)于AChE的抑制作用也非常強(qiáng),其活性控制在納摩爾水平。為很好的多靶點(diǎn)分子,其中化合物15是其中活性最好的化合物。
2.7 具有抑制以及神經(jīng)保護(hù)作用的AChE活性的化合物
Arce等[16]將L-谷氨酸作用于AChE的藥效團(tuán),其中主要是ω-芐基哌啶基團(tuán)作用部位為AChE的CAS;氨基酸N-保護(hù)基團(tuán)結(jié)合于AChE的PAS;甲酸正己酯基團(tuán)作為增加化合物血腦屏障透過(guò)率。藥理檢測(cè)結(jié)果表明,AChE的活性被這些化合物抑制,其濃度為0.1~5μmol/L之間。
2.8 具有抑制AChE活性和組胺H3受體活性的化合物
H3受體(Histamine 3)拮抗劑同AChE抑制劑一樣可以通過(guò)不同的作用機(jī)制提高腦內(nèi)乙酰膽堿水平,為了在藥理上達(dá)到協(xié)同作用,因此同時(shí)抑制這兩個(gè)靶點(diǎn):H3受體和AChE。因此針對(duì)AChE晶體的結(jié)構(gòu),Scott等[17]合成一些新型化合物。藥理實(shí)驗(yàn)表明,化合物16對(duì)于AChE、組胺H3的抑制作用均達(dá)到了納摩爾級(jí)分別為350nmol/L和0.98nmol/L。
同樣的有報(bào)道將[18]H3受體抑制劑—17與他克林駢合,合成一系列新化合物,其中化合物—18同時(shí)能夠?qū)3受體抑制和AChE起到抑制作用,其抑制活性非常強(qiáng)(乙酰膽堿酯酶:IC50 =2.6nmol/L,H3∶IC50=0.33nmol/L)。
具有哌啶環(huán)類(lèi)結(jié)構(gòu)的化合物常常具有H3受體拮抗活性。Matteo Incerti[19]用烷基鏈把哌啶環(huán)和他克林連接起來(lái),合成得到新型化合物,經(jīng)過(guò)藥理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),化合物—19表現(xiàn)較好抑制H3受體的作用(pIC50=7.94)以及AChE作用(pIC50=7.88)。endprint
3 具有神經(jīng)保護(hù)、降低肝毒性和ChE抑制活性的多靶點(diǎn)化合物
他克林是第一個(gè)上市的ChE抑制劑,由于其嚴(yán)重的肝毒性而被迫下市。但近些年來(lái),其高的ChE抑制能力和低的分子量結(jié)構(gòu),使得它廣泛的應(yīng)用在多靶點(diǎn)分子設(shè)計(jì)中。以他克林為模板引入其他活性的分子,幾乎成了設(shè)計(jì)多靶點(diǎn)分子的“金標(biāo)準(zhǔn)”,但這些分子大多在表現(xiàn)出高的活性的同時(shí)面臨著同樣問(wèn)題,即保留了他克林的肝毒性,一些研究者則從肝毒性出發(fā),引入其他基團(tuán)消除這種肝毒性,同時(shí)發(fā)揮如神經(jīng)保護(hù)等有益于AD治療的活性。
Yihua Zhang等[20]將一氧化氮供體同他克林連接起來(lái),設(shè)計(jì)、合成了一系列新的他克林衍生物20。這些衍生物體外的ChE抑制活性均達(dá)到納摩爾級(jí),此外在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),具有一氧化氮供體的化合物表現(xiàn)出了明顯的認(rèn)知提高,而不含一氧化氮供體的則沒(méi)有,說(shuō)明一氧化氮供體在提高大鼠認(rèn)知中的重要性。除此之外,這些新的他克林一氧化氮供體衍生物明顯的表現(xiàn)出了低的肝毒性對(duì)比他克林。接下來(lái)他們又同樣的,將一氧化氮引入到他克林-阿魏酸衍生物上,設(shè)計(jì)、合成了一系列新的化合物21,這些化合物同樣地降低了肝毒性和提升了大鼠認(rèn)知能力。
海馬長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)效應(yīng)(long-term potentiation,LTP)同記憶和學(xué)習(xí)有著密切聯(lián)系,一些含硫基團(tuán)常常具有具有促進(jìn)LTP和修復(fù)受損的LTP的功能。Yue Wang等[21]將含硫基團(tuán)同他克林相連接,設(shè)計(jì)合成一系列硫-他克林衍生物22。這些化合物表現(xiàn)出了個(gè)納摩爾的活性(AChE pIC50=5.76~7.37;BuChE pIC50=6.64~7.04),同時(shí)具有保肝和修復(fù)過(guò)氧化氫造成的神經(jīng)細(xì)胞損傷。
水飛薊賓是一種是從菊科水飛薊屬植物水飛薊果實(shí)分離得到的黃酮類(lèi)化合物,能夠穩(wěn)定肝細(xì)胞膜,保護(hù)肝細(xì)胞的酶系統(tǒng),清除肝細(xì)胞內(nèi)的活性氧自由基,從而提高肝臟的解毒能力。Xinyu Chen等[22]將其同他克林連接起來(lái)設(shè)計(jì)合成了化合物23,活性結(jié)果顯示化合物的ChE抑制活性別分為53.9nM和49.7nM對(duì)AChE和BuChE。此外,23能有效的對(duì)抗谷氨酰胺誘導(dǎo)的HT-22神經(jīng)細(xì)胞凋亡,提升肝細(xì)胞生存率。體內(nèi)活性顯示,化合物能有效的改善大鼠記憶損傷。
4 多靶點(diǎn)激酶抑制劑
τ蛋白的異常磷酸化是AD中一個(gè)重要的環(huán)節(jié),過(guò)度磷酸化的蛋白導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞的死亡。τ蛋白異常磷酸化過(guò)程與多個(gè)激酶密切相關(guān):例如糖原合成酶激酶3β(GSK-3β)以及細(xì)胞周期依賴(lài)性激酶5(CDK5)等。研究發(fā)現(xiàn),神經(jīng)元纖維纏結(jié)(NFT)的增強(qiáng)與過(guò)度磷酸化的τ蛋白有關(guān),其中很有可能是由GSK-3β的過(guò)度表達(dá)有關(guān)。另外,如果當(dāng)CDK5與P35結(jié)合之后再被活化,也能過(guò)度磷酸化τ蛋白,導(dǎo)致細(xì)胞微管不可逆性的損壞,最終導(dǎo)致神經(jīng)元的死亡。所以CDK5和GSK-3β的抑制有利于AD的治療。
Anne Beauchard等[23]發(fā)現(xiàn)靛玉紅衍生物有很好抑制CDK和GSK-3的作用,故此合成一系列的
5位取代的靛玉紅類(lèi)衍生物,經(jīng)過(guò)藥理測(cè)試發(fā)現(xiàn),化合物——24對(duì)于CDK5與GSK-3有強(qiáng)烈抑制作用,其中抑制作用達(dá)到6nmol/L和2. 1nmol/L。
同樣的,Mourad Chioua等[24]在此基礎(chǔ)上合成了一系列的吡唑并吡啶類(lèi)衍生物作為CDK5和GSK-3抑制劑,并對(duì)R1-R5修飾結(jié)構(gòu)。藥理活性研究表明,僅化合物25對(duì)CDK5和GSK-3有抑制作用(IC50=0.41μmol/L,1.5μmol/L)。
5 結(jié)語(yǔ)
綜上所述,從以上可以看出,由于AD發(fā)病因素較為復(fù)雜,單純的作用一個(gè)靶點(diǎn)的單靶點(diǎn)藥物已經(jīng)不能滿(mǎn)足目前AD治療的需要,開(kāi)發(fā)具有能同時(shí)作用于多個(gè)靶點(diǎn)的多靶點(diǎn)分子已經(jīng)成為AD藥物研究的新方向。通過(guò)對(duì)AD疾病的研究,從不同方面入手,通過(guò)對(duì)靶點(diǎn)間的組合和藥物拼合原理的應(yīng)用,可以很好的設(shè)計(jì)出多靶點(diǎn)分子??傊?,多靶點(diǎn)的藥物設(shè)計(jì)方法,是目前設(shè)計(jì)AD藥物的最有效方法,為未來(lái)AD的治療指明了方向。
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(收稿日期:2014-04-19)endprint
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