NCX3调控新策略：1,4-苯并硫氮杂卓-2-酮衍生物作为脑缺血神经保护潜力分子

《Biomedicine & Pharmacotherapy》：Novel 1,4-benzothiazepin-2-one modulators of NCX3 as a promising strategy for neuroprotection in cerebral ischemia

本研究针对脑缺血等神经退行性疾病中NCX3（钠钙交换体亚型3）功能失调的关键问题，设计合成了一系列新型1,4-苯并硫氮杂卓-2-酮衍生物（化合物5-16）。通过Fluo-4单细胞显微荧光测定和膜片钳电生理学技术筛选，发现化合物10能特异性增强NCX3活性，并在大鼠局灶性脑缺血模型中显著减少梗死体积、改善神经功能缺损。该研究为开发靶向NCX3的神经保护剂提供了先导化合物和理论依据。

　　

在神经退行性疾病和脑卒中的病理过程中，细胞内钙离子（Ca²⁺）稳态失调是导致神经元死亡的核心环节。钠钙交换体（Na⁺/Ca²⁺ exchanger, NCX）作为调控钙稳态的关键膜蛋白，其三种亚型NCX1、NCX2和NCX3中，NCX3主要分布于脑组织和骨骼肌。越来越多的证据表明，NCX3的激活在脑缺血等病理状态下发挥神经保护作用，但其特异性调控剂的缺乏限制了相关治疗策略的开发。

已知的线粒体NCX（mNCX）抑制剂CGP37157虽能调节细胞功能，但存在选择性差、同时阻断电压门控钙通道等问题。为此，来自意大利那不勒斯费德里科二世大学的研究团队在《Biomedicine》发表论文，报道了基于CGP37157结构优化设计的新型NCX3调节剂。

研究人员采用片段化药物设计策略，将2-甲基哌啶通过乙酰连接臂引入1,4-苯并硫氮杂卓-2-酮母核的N1位，设计合成了12个新型化合物（5-16）。通过系统研究7位取代基（氯/硝基）和2‘位取代基（氢/氯）的组合效应，以及2-甲基哌啶手性中心（R/S构型）对活性的影响，结合计算机辅助的构效关系分析，揭示了化合物与NCX3靶点的相互作用模式。

关键技术方法包括：1）多步有机合成构建化合物库；2）Fluo-4单细胞视频成像技术检测NCX3反向模式钙离子内流；3）全细胞膜片钳记录NCX3正向/反向交换电流；4）AlphaFold预测NCX3结构并进行分子对接与分子动力学模拟；5）大鼠大脑中动脉闭塞模型评价体内神经保护效果。

设计合成与结构表征

研究团队通过五步反应合成了目标化合物，核磁共振表征显示所有终产物均存在因C-5手性中心和酰胺键顺反异构产生的复杂立体化学特征。通过低温NMR实验成功解析了各化合物的构象异构体。

NCX3活性调控筛选

在BHK-NCX3细胞模型中的钙成像实验表明，7位氯取代的化合物（5-10）普遍增强NCX3反向模式活性，而硝基取代的化合物（11-13）则表现为抑制作用。值得注意的是，当2‘位引入氯原子后，化合物16（S-2-甲基哌啶）恢复了NCX3增强活性，而其对应异构体15却表现出抑制作用。膜片钳实验进一步证实，化合物7和10能同时增强NCX3的正向和反向模式电流，且化合物10对反向模式的激活作用尤为显著。

计算化学与分子对接

分子对接研究表明，化合物10的7位氯原子与Met99形成卤键，羰基与Asn135形成氢键。分子动力学模拟揭示，化合物10_(S)构象与NCX3的结合更稳定，与Asn135、Met139和Asn688等残基形成持久相互作用。对化合物16的两种非对映异构体（S1和S2）的分离和活性测试发现，两者均能激活NCX3，但S1对反向模式的增强作用更优。

体内神经保护效应

在转瞬大脑中动脉闭塞模型中，侧脑室注射化合物10（61 ng/kg）显著减少缺血体积达40%，并明显改善神经功能评分。组织学分析显示，皮层区域的保护效果尤为突出。

本研究首次报道了具有NCX3增强活性的1,4-苯并硫氮杂卓-2-酮类化合物，证实其通过稳定NCX3蛋白的构象动态平衡发挥神经保护作用。化合物10的体内外活性验证了NCX3激活作为缺血性脑卒中治疗策略的可行性。该研究不仅为神经保护药物研发提供了新型先导化合物，也为理解NCX3的变构调控机制提供了重要线索，对阿尔茨海默病、帕金森病等多种NCX3相关神经系统疾病的治疗具有启示意义。