新型多靶向他克林衍生物的研究進(jìn)展

陳瑤，孫昊鵬，李偉*

（1. 南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 210023； 2. 中國藥科大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 210009）

新型多靶向他克林衍生物的研究進(jìn)展

陳瑤1，孫昊鵬2，李偉1*

（1. 南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 210023； 2. 中國藥科大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 210009）

阿爾茨海默?。ˋD）是一種常見的神經(jīng)退行性疾病，不僅嚴(yán)重威脅著老年人的身心健康，更給整個社會醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)帶來沉重負(fù)擔(dān)，因此，設(shè)計與開發(fā)安全有效的抗AD藥物，一直是醫(yī)藥研究領(lǐng)域的熱點。AD病因尚不明確且致病機制極為復(fù)雜，僅針對單一靶標(biāo)治療難以獲得理想療效，因此一藥多靶成為了抗AD藥物研發(fā)的新方向。目前臨床上最為成功的抗AD藥物為乙酰膽堿酯酶 （AChE）抑制劑，盡管第一代AChE抑制劑他克林因嚴(yán)重的毒副作用而撤市，但其結(jié)構(gòu)簡單，活性明確，在用于多靶向設(shè)計的結(jié)構(gòu)改造方面具有獨特優(yōu)勢，可作為理想的活性片段，引入多靶向抗AD藥物的整體分子骨架中。通過一些代表性案例，綜述近年來基于他克林結(jié)構(gòu)而設(shè)計多靶向抗AD藥物的研究進(jìn)展，探討其設(shè)計思路，為新型多靶向他克林衍生物的研發(fā)提供參考。

阿爾茨海默病；乙酰膽堿酯酶抑制劑；他克林；多靶向衍生物；分子設(shè)計

阿爾茨海默?。ˋlzheimer’sdisease，AD）于1906年由德國醫(yī)生AloisAlzheimer發(fā)現(xiàn)并報道，而今，它已經(jīng)成為老齡化社會的標(biāo)志性疾病之一，嚴(yán)重威脅著老年人的身心健康。根據(jù)國際阿爾茨海默癥協(xié)會的報道，目前全球AD患者人數(shù)超過3600萬，預(yù)計到2050年這一數(shù)字會增加到1.15億，其中絕大多數(shù)患者分布在中低收入國家[1]。AD不僅給患者及家人帶來病痛和精神的折磨，更給社會醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)造成沉重負(fù)擔(dān)，據(jù)統(tǒng)計，2010年AD導(dǎo)致的直接和間接花費高達(dá)6040億美元，接近世界GDP的1%[2-3]。我國的AD防治形勢同樣十分嚴(yán)峻，目前我國AD患者約有600～700萬人，20個老年人中就有一個AD患者，約占世界總病例的1/4，我國已成為世界AD患者的第一大國?？梢姡_發(fā)安全有效的AD治療藥物，無論對于中國還是全世界，都已經(jīng)刻不容緩。

AD的病理成因極為復(fù)雜，至今仍未發(fā)現(xiàn)其明確的致病因素，其病理進(jìn)程中更是涉及到眾多靶標(biāo)與信號通路。長久以來，醫(yī)學(xué)界對于AD的致病模型存有很大爭議，這也直接阻礙了抗AD藥物的研發(fā)。盡管目前科學(xué)家對AD確切病因尚無定論，但前期大量研究已表明，AD的病理演變涉及神經(jīng)、免疫以及血液循環(huán)等多個系統(tǒng)和環(huán)節(jié)，其誘因包括：1）腦部微循環(huán)萎縮和供血不足；2）引起腦部體液內(nèi)環(huán)境變化的炎癥反應(yīng)及腦部活潑氧自由基水平的上升；3）直接導(dǎo)致AD癥狀的腦部膽堿神經(jīng)遞質(zhì)生成不足、功能紊亂以及膽堿受體敏感度下降，即膽堿能假說（cholinergichypothesis）；4）誘導(dǎo)神經(jīng)元細(xì)胞凋亡的β-淀粉樣蛋白（β-amyloid，Aβ）纏結(jié)、沉淀；5）引起神經(jīng)纖維纏結(jié)的Tau蛋白過度磷酸化，致使腦內(nèi)神經(jīng)元喪失和神經(jīng)遞質(zhì)水平降低、老年斑（senileplaque，SP）形成以及神經(jīng)元纖維纏結(jié)（neurofibrillarytangles，NFT），最終導(dǎo)致腦部神經(jīng)系統(tǒng)的整體性病變[4]。

目前的抗AD藥物研發(fā)處于相當(dāng)窘迫的境地。一方面，臨床上可供選擇的抗AD藥物品種非常有限，自2003年最后一個抗AD藥物被美國食品藥品管理局（FDA）批準(zhǔn)以來，總共只有6個上市藥物，分別為乙酰膽堿酯酶（AChE）抑制劑他克林（tacrine，1）、多奈哌齊（donepezil，2）、利凡斯的明（rivastigmine，3）、石杉堿甲[(-)-huprineA，4]和加蘭他敏（galanthamine，5）以及N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受體阻滯劑美金剛（memantine，6），且這些藥物用于治療AD時僅能延緩發(fā)病進(jìn)程，并無根治作用，尤其對中晚期AD病人的療效不佳，只適用于輕、中度AD的對癥治療[5]。

另一方面，針對AD發(fā)病過程中各種靶點的100多個候選藥物相繼開發(fā)失敗。例如，由禮來（Lilly）公司研發(fā)的γ-分泌酶抑制劑semagacestat于2010年被終止開發(fā)，原因是，其對血腦屏障（bloodbrainbarrier，BBB）的透過率低，且難以避免對Notch通路的影響，從而產(chǎn)生毒副作用[6]；曾被寄予厚望用作Aβ清除劑的單克隆抗體（單抗）藥物——輝瑞公司（Pfizer）與強生公司（Johnson&Johnson）聯(lián)合開發(fā)的bapineuzumab和禮來公司開發(fā)的solanezumab，由于無明確的AD治療效果，于2013年被相繼宣布終止于Ⅲ期臨床研究階段[7]，而更值得注意的是，這些單抗藥物雖然可幾乎完全清除AD患者腦部的Aβ，卻依然無法逆轉(zhuǎn)AD，這進(jìn)一步說明了AD致病因素的復(fù)雜性。這些失敗的研發(fā)案例雖有負(fù)面效應(yīng)，但也促使人們重新審視AD的治療策略，顯然，面對如此復(fù)雜的系統(tǒng)性疾病，只針對某一個靶點或環(huán)節(jié)的單靶向藥物難以實現(xiàn)對整體疾病網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)性調(diào)節(jié)，任何的內(nèi)源性代償調(diào)節(jié)方式都有可能造成單靶向藥物喪失靶標(biāo)而失活，這也解釋了已上市的抗AD藥物無法獲得理想療效的原因。因此，近年來，針對AD發(fā)病進(jìn)程中的多重靶標(biāo)，設(shè)計多功能抑制劑（即一藥多靶），已成為抗AD藥物研發(fā)的全新方向。

輝瑞公司開發(fā)的他克林于1993年被美國FDA批準(zhǔn)上市，成為第一個臨床有效的抗AD藥物，雖然后來由于會導(dǎo)致嚴(yán)重的肝毒性而被迫退出市場，但筆者認(rèn)為，不能忽視其在多靶向抗AD藥物設(shè)計中的價值。首先，相較于其他上市藥物如多奈哌齊，他克林結(jié)構(gòu)簡單，相對分子質(zhì)量僅為198.27，具有理想的類藥性和藥代動力學(xué)特性，且可耐受大幅度的結(jié)構(gòu)改造而保持對AChE的抑制活性，從而為其提供了廣闊的結(jié)構(gòu)改造空間；其次，他克林合成工藝簡單、可控，相較于來源稀缺、合成困難的天然產(chǎn)物如石杉堿甲，在工業(yè)生產(chǎn)及成本控制方面具有明顯的優(yōu)勢；第三，他克林活性非常確切，對AChE具有強效抑制作用（IC50為10～50nmol·L-1）[8-10]，分子的配體效率（ligandefficiency,LE）很高，是理想的活性片段結(jié)構(gòu)；最后，他克林引發(fā)的肝毒性與其游離的伯氨基密切相關(guān)，而在藥物多靶向設(shè)計中，該氨基可通過其他功能片段的引入而被修飾，從而大幅度降低分子的肝毒性，因此他克林引發(fā)的肝毒性是一個可在藥物多靶向設(shè)計中被規(guī)避的問題。

多靶向抗AD藥物由于需要同時針對數(shù)個AD致病環(huán)節(jié)，其分子結(jié)構(gòu)中勢必包含多個功能片段，導(dǎo)致分子復(fù)雜性提高及相對分子質(zhì)量增大，其類藥性降低。因此，如何選擇功能片段以及如何對其加以合理的組合和調(diào)配，對于藥物多靶向的設(shè)計策略至關(guān)重要。筆者認(rèn)為，活性明確、結(jié)構(gòu)簡單的他克林非常適合作為AChE抑制的功能單元而融入多靶向藥物的整體分子骨架中，其在多靶向抗AD藥物的研發(fā)中具有獨特優(yōu)勢。本文通過一些代表性案例，并結(jié)合筆者自身的研究工作，綜述近年來基于他克林而設(shè)計多靶向抗AD藥物的研究進(jìn)展，探討其設(shè)計思路，為新型多靶向他克林衍生物的研發(fā)提供參考。

1 乙酰膽堿酯酶的結(jié)構(gòu)生物學(xué)與其靶向雙聯(lián)他克林衍生物的設(shè)計

AChE廣泛分布于人腦中各種神經(jīng)肌肉組織，如黑質(zhì)、海馬、尾狀核、小腦等，其生理上最主要的功能是，迅速降解神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿（ACh），進(jìn)而維持突觸間隙ACh濃度的平衡。1991年，第1個電鰩源的AChE晶體結(jié)構(gòu)（ProteinDataBank，PDB，ID:2ACK）被解析出來（Sussman等,Science,1991年）。隨后，鼠源、電鰻源和人源的AChE晶體結(jié)構(gòu)也相繼被報道（Bourne等,J Biol Chem,1999年;Kryger等,Acta Crystallogr D Biol Crystallogr,2000年;Bourne等,EMBO J,2003年）。目前，PDB數(shù)據(jù)庫已收錄了各類AChE結(jié)構(gòu)168個，它們?yōu)樯钊肓私釧ChE的結(jié)構(gòu)特征、進(jìn)而開展相關(guān)藥物分子設(shè)計奠定了堅實的基礎(chǔ)?？臻g上，AChE呈現(xiàn)近球狀三維結(jié)構(gòu)（見圖1A），其配體結(jié)合域（ligandbindingdomain，LBD）由蛋白底部的表面親水區(qū)一直延伸至內(nèi)部疏水腔，跨距約為2nm。LBD主要可分為兩部分，其一是位于疏水腔內(nèi)部的活性催化位點（catalyticsite，CAS），包含由Ser200、Glu327和His440所組成的催化三聯(lián)體，主要完成對ACh的水解，已上市的AChE抑制劑均可穩(wěn)定結(jié)合于這一位點，從而阻斷AChE的催化功能；其二是位于蛋白淺表開口處的外周陰離子位點（peripheralanionicsite，PAS），主要包含Tyr70、Trp279等芳香性殘基，它們可與陽離子形成陽離子-π相互作用，也可與環(huán)狀結(jié)構(gòu)形成是π-π堆疊作用，從而穩(wěn)定配體與AChE的結(jié)合（見圖1B）。點突變實驗表明，PAS突變可導(dǎo)致AChE抑制劑活性顯著下降。此外，PAS被證實與AChE誘導(dǎo)的Aβ聚集有關(guān)。因此，阻斷PAS，有助于減少神經(jīng)纖維纏結(jié)的形成。

分析AChE與他克林的結(jié)合模式（見圖1C）可以看出，他克林與CAS中的Trp84和Phe330之間通過π-π堆疊作用形成較為穩(wěn)定的“三明治”式構(gòu)象，伯氨基與周圍臨近的水分子形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)了結(jié)合的穩(wěn)定性，而母環(huán)上的N原子與His440靠近，可干擾AChE對ACh的水解。此結(jié)合模式從原子層面上清楚地解釋了他克林對AChE具有高效抑制活性的原因。

2006年，Rydberg等[11]報道了一類全新結(jié)構(gòu)的雙聯(lián)他克林衍生物（7），即以烷基二胺側(cè)鏈為連接臂，將兩分子的他克林加以連接。晶體結(jié)構(gòu)分析表明，雙聯(lián)他克林以合理的構(gòu)象嵌入AChE的LBD之中，其中一分子他克林與CAS結(jié)合，而另一分子則與PAS中的Tyr70、Trp279形成“三明治”式π-π堆疊作用（見圖1D）。該化合物與AChE的雙位點（dualsites）結(jié)合模式大大增強了結(jié)合穩(wěn)定性，因此其活性相比于他克林提高了約1400倍，且肝毒性顯著降低。

圖 1 AChE及其與藥物結(jié)合的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)Figure 1 Crystal structures of AChE and its complexes with drugs

以上研究結(jié)果充分說明了CAS與PAS在AChE的LBD中所起作用，同時也提示，適宜的疏水結(jié)構(gòu)能與PAS上芳香性殘基形成良好的結(jié)合，而且若其能通過合適的連接臂與CAS結(jié)合片段相連，即可達(dá)到雙位點抑制效果。受此思路的啟發(fā)，學(xué)界掀起了對雙位點型AChE抑制劑研發(fā)的熱潮，尤其是對新型雙聯(lián)他克林衍生物的發(fā)掘。Alonso等[12]把他克林分子與多奈哌齊的芐基哌啶部分相連，Shao等[13]則將他克林與多奈哌齊的茚酮相連，并對其連接臂以及片段結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部改造，得到了兩類活性優(yōu)于他克林的全新骨架（8，9），且它們對AChE具有更好的選擇性。Martinez研究團(tuán)隊將他克林母環(huán)和吲哚進(jìn)行分子融合，并在連接臂中引入酰胺結(jié)構(gòu)（10），從而進(jìn)一步增強了化合物對AChE的識別能力，生物活性可達(dá)皮摩爾級[14]。此外，Krasinski等[15]還在雙聯(lián)他克林衍生物的連接臂中引入雜環(huán)，合成了一系列具有立體選擇性的AChE抑制劑，其中化合物11對AChE的抑制活性最好，甚至達(dá)到飛摩爾水平，是目前報道的體外活性最強的非共價結(jié)合型AChE抑制劑。

2 多靶向他克林衍生物的設(shè)計

近年來，通過多靶向策略治療AD，已逐漸成為共識。上述雙聯(lián)他克林衍生物的設(shè)計在分子水平上為多靶向他克林衍生物的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)，即以他克林為AChE結(jié)合片段，引入不同類型的功能片段，調(diào)節(jié)其他重要的AD治療靶標(biāo)活性，從而獲得多靶向抗AD藥物。與他克林相比，這些多靶向衍生物具有更強的抗AD活性，同時大大降低了肝毒性。

2.1 乙酰膽堿酯酶-分泌酶雙靶向他克林衍生物大量研究表明，Aβ在AD的發(fā)展進(jìn)程中扮演重要角色，它是老年斑的主要成分，易于聚集而形成球狀的寡聚體、纖維、斑塊，進(jìn)而產(chǎn)生強烈的神經(jīng)毒性，造成神經(jīng)細(xì)胞損傷乃至死亡，最終造成AD病人嚴(yán)重的認(rèn)知障礙。Aβ具有多種聚合方式及類型，通常認(rèn)為其低聚物具有更強的神經(jīng)毒性，這是由于它能造成Tau蛋白過度磷酸化，加劇神經(jīng)纖維纏結(jié)的形成。因此，阻止Aβ低聚物的形成，抑制其聚合能力，成為了抗AD藥物靶向研究的熱點。而Aβ的生成和聚合主要在分泌酶家族蛋白的催化下完成，故藥物研究人員設(shè)計了多種類型的AChE-分泌酶雙靶向他克林衍生物。

Fernández-Bachiller等[16]將他克林通過烷基二胺側(cè)鏈與對β-分泌酶（BACE）具有抑制作用的色酮環(huán)相連，得到了一系列化合物，其中代表性化合物12對AChE和BACE均具有良好的抑制作用，對它們的IC50分別為2.3nmol·L-1和2.1μmol·L-1。Rizzo等[17]對他克林的骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，將其中的環(huán)己烷替換為2，3-二氫茚環(huán)，并將兩分子改造骨架以烷基二胺側(cè)鏈相連接，獲得一類新型雙靶向抑制劑（13），其雖對AChE的抑制活性一般（IC50=455.0nmol·L-1），卻具有較好的BACE抑制活性（IC50=0.4μmol·L-1）。Sun等[18]將香豆素片段與他克林連接，得到具有中等雙靶向抑制活性的化合物（14），其對AChE的Ki為66.1nmol·L-1，對BACE的IC50為42.8μmol·L-1，且值得一提的是，該化合物對Aβ生成具有明顯的抑制作用（IC50=6.1μmol·L-1），強于香豆素（IC50=11.0μmol·L-1），這也說明多靶向藥物在協(xié)同治療方面的優(yōu)勢。

在Aβ生成過程中，另一個關(guān)鍵靶標(biāo)是γ-分泌酶。筆者將對γ-分泌酶具有明確抑制活性的非甾體抗炎藥氟比洛芬作為結(jié)構(gòu)片段，與他克林通過烷基二胺相連，得到一類具有AChE-γ-分泌酶雙靶向抑制活性的化合物，其中化合物15對AChE的IC50為9.1nmol·L-1，且在0.5μmol·L-1的濃度下對Aβ聚集的抑制率為17.0%[19]，雖然活性稍弱，但為多靶向抗AD藥物的設(shè)計提供了一種全新的思路。

2.2 乙酰膽堿酯酶-抗氧化雙靶向他克林衍生物

隨著對AD病理機制研究的不斷深入，人們意識到，除膽堿能損傷和Aβ異常聚集外，AD病人腦部異常生成的超氧自由基同樣會損傷腦部神經(jīng)元。雖然這些超氧自由基究竟由何種原因誘導(dǎo)生成，目前尚無定論，但其引起的氧化應(yīng)激（oxidativestress）對神經(jīng)元的損傷是非常明確的，氧化應(yīng)激能促進(jìn)Tau蛋白的異常磷酸化，加速神經(jīng)纖維纏結(jié)，進(jìn)而促使AD的形成。因此，開發(fā)具有抗氧化作用的多靶向抗AD藥物，也是一種有價值的治療策略。

8-羥基喹啉具有良好的金屬離子螯合能力和還原性，是常見的藥物優(yōu)勢骨架。Fernández-Bachiller[20]將他克林與8-羥基喹啉通過烷基二胺側(cè)鏈相連，得到化合物16，其不僅能強烈抑制AChE（IC50=1.0nmol·L-1），同時對超氧自由基具有良好的吸收及清除能力，氧自由基吸收能力（oxygenradicalabsorbancecapacity， ORAC）測試表明，其對氧自由基的相對吸收值可達(dá)4.7。

阿魏酸在體內(nèi)具有明確的抗氧化活性，可強效清除氧化自由基，有效保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷。Fang 等[21]進(jìn)行的實驗研究顯示，小鼠長期口服阿魏酸，能有效降低Aβ42 的生成及其造成的神經(jīng)細(xì)胞毒性，對小鼠智力具有一定的改善作用。于是，該研究小組以烷基二胺側(cè)鏈將他克林與阿魏酸相連，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所得偶聯(lián)物（17）在保持AChE 抑制活性的同時，還具有一定的抗氧化能力，ORAC 測試的相對吸收值為2.0。

硫辛酸（lipoic acid，LA）是具有抗氧化活性的天然產(chǎn)物，其結(jié)構(gòu)中的二硫鍵具有很強的還原能力，可實現(xiàn)對氧自由基的清除。Rosini 等[22]設(shè)計了他克林與LA的偶聯(lián)物，并進(jìn)一步將其拆分，得到了光學(xué)純化合物（18），研究表明，其對映體具有非常接近的強AChE抑制活性，(S)-18 和(R)-18 對AChE 的IC50分別為 0.23和0.47 nmol·L-1，且其在0.5 μmol·L-1的低濃度下即能對抗H2O2引起的細(xì)胞損傷和凋亡。目前，化合物18已成為AD 病理研究中的首選工具藥之一，其多項體內(nèi)研究已開展，是非常有前景的抗AD 候選藥物之一?；衔?9 也是以相似策略設(shè)計的雙聯(lián)他克林衍生物，對AChE 和Aβ 聚集的IC50分別為5.0 nmol·L-1和24.2 μmol·L-1，并同樣在0.5 μmol·L-1的低濃度下即能逆轉(zhuǎn)H2O2的氧化應(yīng)激損傷[23]。

咔唑因具有明確的抗氧化能力，近年來也引起了藥物化學(xué)家的廣泛關(guān)注。Thiratmatrakul 等[24]設(shè)計了一類結(jié)構(gòu)獨特的他克林- 咔唑偶聯(lián)衍生物（20），其對AChE 的抑制活性雖一般（IC50= 0.95 μmol·L-1），卻具有較強的抗氧化能力，2,2′- 聯(lián)氮- 雙(3- 乙基苯并噻唑啉-6- 磺酸)（ABTS）法測試顯示其清除氧自由基的EC50 為11.2 μmol·L-1，并能顯著增強細(xì)胞在H2O2環(huán)境中的生存能力。

2.3 一氧化氮供體型多靶向他克林衍生物

一氧化氮（NO）是體內(nèi)重要的信使分子，具有廣泛的生理作用。近來研究表明，NO在AD的發(fā)病進(jìn)程中同樣起關(guān)鍵作用。AD病人往往伴隨著腦部微循環(huán)障礙，并引起內(nèi)源性NO水平下降，而NO不足又進(jìn)一步導(dǎo)致腦部血流量下降，造成微循環(huán)系統(tǒng)持續(xù)失控，但若能適量補充外源性NO，可有效恢復(fù)神經(jīng)系統(tǒng)中NO平衡，阻斷AD的病理進(jìn)程。

筆者所在研究團(tuán)隊對NO供體藥物進(jìn)行了多年研究。在此基礎(chǔ)上，筆者通過引入硝酸酯基團(tuán)作為NO供體，設(shè)計、合成了一系列NO供體型多靶向他克林衍生物。體外試驗表明，其中代表性化合物21和22不僅能高效抑制AChE活性（IC50分別為5.6和10.9nmol·L-1），還具有明顯的血管舒張作用，活性與陽性對照藥物二硝酸異山梨酯（isosorbidedinitrate，ISDN）相當(dāng)。體內(nèi)實驗表明，這兩個化合物可顯著改善東莨菪堿所致大鼠認(rèn)知功能障礙。值得關(guān)注的是，相比于他克林，化合物22的肝毒性顯著降低，對肝臟天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、血漿蛋白及總蛋白的含量幾乎無影響，提示該化合物具有良好的安全性[25-26]。

2.4 其他類型的多靶向他克林衍生物

近年來，隨著對AD病理機制研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)了一些新的AD治療靶標(biāo)，為多靶向抗AD藥物的研發(fā)提供了理論依據(jù)，且針對這些新靶標(biāo)而設(shè)計的多靶向他克林衍生物也相繼被報道。

2.4.1 對Tau蛋白聚集具有抑制作用的多靶向他克林衍生物DiPietro等[27]報道了哌啶并萘啶骨架與他克林偶聯(lián)形成的化合物（23），其顯著特點是，在抑制AChE的同時（IC50=2.0nmol·L-1），還能阻止Tau蛋白的聚集（10μmol·L-1濃度下的抑制率達(dá)68.7%），并可顯著抑制Aβ42的聚集（10μmol·L-1濃度下的抑制率達(dá)77.5%）。提示，這是一種思路較為新穎的多靶向設(shè)計策略。

2.4.2 對單胺氧化酶具有抑制作用的多靶向他克林衍生物單胺氧化酶（MAO）是人腦內(nèi)重要的神經(jīng)遞質(zhì)代謝酶，主要分布在神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞中，負(fù)責(zé)對單胺類神經(jīng)遞質(zhì)（如兒茶酚胺、5-羥色胺等）的氧化，從而調(diào)控其動態(tài)平衡。臨床研究表明MAO與包括AD在內(nèi)的神經(jīng)退行性疾病密切相關(guān)，在AD病理組織分析中?？砂l(fā)現(xiàn)MAO活性的異常升高。因此，抑制MAO的活性可以調(diào)節(jié)單胺類遞質(zhì)的代謝，維持其動態(tài)平衡，進(jìn)而有利于增強AD患者的記憶功能。Lu等[28]將MAO抑制劑的活性片段引入到他克林分子中，合成得到一系列偶聯(lián)物，其代表性化合物24對AChE、MAO-A和MAO-B的抑制活性均達(dá)到納摩爾級，IC50分別為55.4、192.6和129.0nmol·L-1，是設(shè)計較為成功的多靶向抑制劑，很值得對其作進(jìn)一步的構(gòu)效關(guān)系研究。

2.4.3 對毒蕈堿1型受體具有激動作用的多靶向他克林衍生物與MAO類似，毒蕈堿1型受體（M1受體）也是神經(jīng)遞質(zhì)代謝及轉(zhuǎn)運過程中的關(guān)鍵靶標(biāo)之一，與AD密切相關(guān)。Fang等[29]將他克林與M1受體激動劑占諾美林（xanomeline）相結(jié)合，設(shè)計合成了一類全新的偶聯(lián)物，其代表性化合物25在抑制AChE（IC50=7.9nmol·L-1）的同時，還能夠顯著激動M1受體（logKi=8.09）。

2.4.4 對大麻素受體具有抑制作用的多靶向他克林衍生物大麻素受體1（cannabinoidreceptor1，CB1）拮抗劑被認(rèn)為在體內(nèi)可提高ACh水平，從而發(fā)揮與AChE抑制劑的協(xié)同作用，其近年來已成為抗AD藥物研發(fā)的熱點。Lange等[30]將CB1活性片段與他克林相融合，設(shè)計出具有AChE和CB1雙重抑制作用的化合物26，它對CB1具有高親和力(Ki=48.0nmol·L-1)，對AChE也保持了中等抑制活性（pIC50=6.5），且為進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)，設(shè)計更具活性的AChE和CB1雙重抑制劑，提供了良好的先導(dǎo)化合物。

3 結(jié)語與展望

抗AD藥物的研發(fā)歷史已有數(shù)十年，由于AD的病理機制極為復(fù)雜，迄今未有能根治AD的藥物問世，如何研發(fā)更具療效的抗AD藥物將是一個極具挑戰(zhàn)性的課題。盡管如此，以作用于膽堿能系統(tǒng)的AChE抑制劑為代表的藥物研究仍取得了長足進(jìn)展，人們也在不斷的實踐中逐步認(rèn)識到，只針對某一個靶點或環(huán)節(jié)的單靶向藥物難以實現(xiàn)對整體疾病網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)性調(diào)節(jié)，而針對AD發(fā)病進(jìn)程中的多重作用靶標(biāo)，設(shè)計多靶向治療藥物，無疑更具優(yōu)勢和價值。

從治療靶標(biāo)的角度分析，AChE仍然是AD治療的核心靶標(biāo)之一，如何選擇其他靶點加以合理組合，促使藥物發(fā)揮“一藥多靶”的協(xié)同作用，是抗AD藥物分子設(shè)計成敗的關(guān)鍵。在此前的抗AD藥物研究中，科學(xué)家們選擇更多的靶標(biāo)是與Aβ生成和聚集、神經(jīng)遞質(zhì)代謝等相關(guān)。然而，筆者認(rèn)為，抗AD藥物研發(fā)的思路和視野不應(yīng)僅局限于“靶標(biāo)”這些相對孤立的“點”上，而更應(yīng)著眼于AD病理調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的“面”——神經(jīng)微環(huán)境。

腦內(nèi)神經(jīng)元的生長及生物功能的正常發(fā)揮，有賴于其所處神經(jīng)微環(huán)境的動態(tài)平衡。已有研究表明，早在神經(jīng)元病變之前，AD病人腦部的正常神經(jīng)微環(huán)境即已遭到破壞。一方面，這種被破壞的微環(huán)境將導(dǎo)致神經(jīng)元功能受阻進(jìn)而發(fā)生病變；另一方面，病變的神經(jīng)元將進(jìn)一步釋放出大量的損傷性因子，加劇神經(jīng)微環(huán)境的惡化，從而形成惡性循環(huán)。人類隨著年齡的增長，其神經(jīng)微環(huán)境中慢性炎癥的發(fā)生明顯增多，表現(xiàn)為，腦內(nèi)氧化損傷增加，毒素清除能力減弱，免疫機能下降，最終形成微環(huán)境的不可逆損傷。目前已有許多研究認(rèn)為，神經(jīng)微環(huán)境的損傷很可能是AD病變早期階段的首要誘因[31]。因此，如果能有效控制甚至逆轉(zhuǎn)AD病人的神經(jīng)微環(huán)境損傷，不僅能對AD的治療起到?jīng)Q定性作用，更能在早期預(yù)防AD的發(fā)生，避免AD發(fā)病的低齡化趨勢。就此角度而言，具有神經(jīng)微環(huán)境調(diào)節(jié)作用的信號分子及通路，如保護(hù)性轉(zhuǎn)錄因子Nrf2、NF-κB、STAT3以及一些關(guān)鍵的表觀調(diào)控機制，有可能成為新型抗AD藥物研發(fā)的靶標(biāo)方向。

從藥物分子設(shè)計的角度分析，目前絕大多數(shù)的多靶向抗AD藥物，是通過分子拼合策略，將數(shù)個針對不同靶標(biāo)的活性片段整合而形成一個整體的分子骨架。由此獲得的分子雖然具有較好的多靶向性，但其不可避免的存在如下弊端：1）分子結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不利于工業(yè)化制備和生產(chǎn)；2）類藥性差，往往具有很大的相對分子質(zhì)量和很高的脂溶性，極大地增加了后續(xù)開發(fā)的難度；3）活性片段間的連接鏈往往是一些較長的脂溶性側(cè)鏈，而過高的脂溶性極易引起分子在蛋白表面的非特異性聚集，造成非特異性的靶標(biāo)識別錯誤，從而導(dǎo)致脫靶效應(yīng)；4）從本質(zhì)上說，現(xiàn)有的多靶向抗AD藥物的研發(fā)大多依賴于對已有藥物結(jié)構(gòu)的延伸，區(qū)別僅在于其組合方式的不同，不利于藥物結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新。因此，筆者認(rèn)為，應(yīng)突破這種簡單的拼合思路，立足于靶標(biāo)的整體化學(xué)空間，選擇對配體結(jié)合最為關(guān)鍵的區(qū)域進(jìn)行藥物靶向結(jié)構(gòu)的研究與發(fā)現(xiàn)；同時，應(yīng)以分子片段化的視角理解多靶向抗AD藥物的結(jié)構(gòu)，以獲得結(jié)構(gòu)多樣化的全新活性片段，并以此為先導(dǎo)物，再采用分子融合策略對其加以整合和調(diào)配，化繁為簡，從而克服現(xiàn)有多靶標(biāo)藥物分子的弊端。就此角度而言，現(xiàn)代藥物設(shè)計手段，如基于碎片的藥物設(shè)計、基于生物物理法的藥物篩選及評價、基于信息學(xué)策略的藥物發(fā)現(xiàn)等，將在多靶向抗AD藥物的研發(fā)中，扮演越來越重要的角色。此外，許多天然產(chǎn)物如白藜蘆醇、漢黃芩素、沒食子酸等，經(jīng)研究證實具有優(yōu)良的神經(jīng)微環(huán)境調(diào)節(jié)及保護(hù)作用，它們可通過還原腦部過度產(chǎn)生的超氧自由基、減緩氧化應(yīng)激、增強還原性二項代謝酶的表達(dá)、調(diào)節(jié)蛋白的代謝平衡等機制而發(fā)揮良好的神經(jīng)元保護(hù)作用。因此，若能對這些天然產(chǎn)物進(jìn)行合理的利用和改造，提取有價值的結(jié)構(gòu)片段融入多靶向分子的整體架構(gòu)之中，也將為創(chuàng)新抗AD藥物的研發(fā)提供更多的思路。

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Progress in Novel Multi-target-directed Tacrine Derivatives

CHEN Yao1, SUN Haopeng2, LI Wei1
( 1. School of Pharmacy, Nanjing University of Traditional Chinese Medicine, Nanjing 210023, China; 2. School of Pharmacy, China Pharmaceutical University, Nanjing 210009, China)

Alzheimer’s disease (AD), one of the most common neurodegenerative diseases, not only threatens the health of elderly people, but alsoburdensthewholesocialmedicalandhealthsystem.Asaresult,thedesignanddevelopmentofeffcaciousandsafeanti-ADagentshasbecomeahotspotinthefeldofpharmaceuticalresearch.Tillnow,thecomplicatedpathogenesisofADhasnotbeenelucidated,indicatingthatthetreatmentonlyforasingletargetisdiffculttofullyachievetherapeuticeffects,andtherefore,themulti-target-directedagentsareconsideredtobethenewtrendfor the development of anti-AD agents. Acetylcholinesterase (AChE) inhibitors are the most successful compounds in the clinical treatment of AD at presenttime.Althoughtacrine,thefrstgenerationofAChEinhibitors,hasbeenwithdrawnduetoseveretoxicity,itsstructureissimple,itsactivityisclearanditshowsitssuperiorityinthestructuralmodifcationforthedesignofcomplicatedmulti-target-directedmolecules.Herefrom,tacrineastheideal active fragment could be introduced into the overall molecular skeletons of the multi-target-directed anti-AD agents. With some typical cases, the advances in the design of multi-target-directed anti-AD agents based on tacrine structure were reviewed and the design ideas were discussed so as to provide the reference for the further development of novel multi-target-directed tacrine derivatives.

Alzheimer’s disease; acetylcholinesterase inhibitor; tacrine; multi-target-directed derivative; molecular design

R971; R914.2

A

1001-5094（2014）09-0656-09

接受日期：2014-08-27

項目資助：南京中醫(yī)藥大學(xué)青年自然科學(xué)基金（No.13XZR21）

*通訊作者：李偉，研究員；

研究方向：天然藥物化學(xué)及藥物化學(xué)；

Tel : 025-86798269；E-mail: liwaii@126.com