痴呆症中的双重胆碱能调节机制：针对丁酰胆碱酯酶和α7烟碱受体的喹奴clidine氨基甲酸酯类药物

《Cerebral Circulation - Cognition and Behavior》：Dual cholinergic modulation in dementia: Quinuclidine carbamates targeting butyrylcholinesterase and α7 nicotinic receptor

阿尔茨海默病（AD）的致病机制复杂，现有疗法仅能缓解症状。本研究通过理性设计开发新型双靶点配体，同时抑制乙酰胆碱酯酶（BChE）并激活α7 nAChR受体，旨在从两个互补角度改善AD的胆碱能功能障碍。以已知的α7 nAChR激动剂Bradanicline为骨架，将其酰胺基团替换为碳酰胺基团，并通过引入芳环或萘环修饰优化BChE抑制活性。实验表明，化合物6b在BChE和α7 nAChR活性分别为0.35 μM和21 nM，且晶体结构揭示其诱导Tyr440翻转的非共价结合机制，这是首个在hBChE中观察到的"后门"开放现象。该化合物还表现出对hERG通道的弱抑制，安全性较好。本研究为AD治疗提供了新型多靶点药物候选分子。

　　### 阿尔茨海默病治疗的新策略：多靶点导向配体的双功能作用

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）是全球范围内导致痴呆症的最常见原因，影响着超过5500万人。随着人口老龄化趋势的加剧，这一数字预计将在2050年达到三倍之多。尽管当前的治疗手段只能缓解症状，但针对阿尔茨海默病病理机制的多靶点药物研发正成为研究热点。多靶点导向配体（Multi-target directed ligands, MTDLs）因其能够同时调节多个与疾病相关的靶点，被认为是治疗AD的一种有前途的策略。本研究聚焦于一种新型的MTDL化合物——喹啉并咪唑烷基碳酰胺，这些化合物同时作用于丁酰胆碱酯酶（BChE）和胆碱能α7烟碱受体（α7 nAChR），从而从两个层面应对胆碱能功能障碍：一方面，它们可以调节乙酰胆碱的降解；另一方面，它们还能直接激活α7 nAChR。

#### 背景与研究意义

阿尔茨海默病是目前全球最常见的神经退行性疾病，其病理特征包括神经纤维缠结（由tau蛋白组成）和β-淀粉样蛋白（Aβ）斑块的形成。然而，这些病理变化的成因尚未完全阐明，导致现有治疗手段仅能缓解症状，而无法从根本上延缓疾病进展。近年来，科学家们提出了多靶点治疗策略，以应对AD的复杂病理机制。例如，一些研究已经探索了同时作用于乙酰胆碱酯酶（AChE）和Aβ聚集的化合物，而另一些则关注了σ-1受体与毒蕈碱M1受体的双重作用。

BChE与AChE在结构和功能上具有高度相似性，但其在AD中的作用可能更加复杂。研究表明，在AD患者中，AChE的表达水平下降，而BChE的表达水平则上升，这表明BChE可能在疾病进展中承担了更多的乙酰胆碱降解任务。此外，BChE在神经纤维缠结和Aβ斑块中也高度表达，这进一步强调了其在AD中的重要性。因此，针对BChE的抑制剂可能成为改善胆碱能功能的有效手段。

与此同时，α7 nAChR在神经系统的认知功能中起着重要作用。其主要位于大脑的前额叶皮层、边缘系统和海马体。α7 nAChR的激活可能有助于改善认知功能，并且可能具有潜在的疾病修饰作用。这使得同时靶向BChE和α7 nAChR成为治疗AD的一个重要策略。

#### 化合物设计与合成

本研究的出发点是已知的α7 nAChR激动剂——布拉纳辛（bradanicline）。为了提高其对BChE的抑制活性，同时保留对α7 nAChR的激动作用，研究人员对其分子结构进行了修饰，将原来的酰胺基团替换为碳酰胺基团。这一设计使得化合物能够在不改变其对α7 nAChR激动能力的前提下，显著增强其对BChE的抑制作用。

通过分子对接技术，研究人员预测了这种结构变化可能带来的影响。结果表明，这种修改可以使得碳酰胺基团更好地结合于BChE的活性位点，从而增强其抑制效果。为了进一步优化，研究人员还尝试了不同取代基的引入，如芳香族的苯基和2-萘基，以评估其对BChE和α7 nAChR的双重作用。

#### 抑制胆碱酯酶的活性

研究人员通过改良的Ellman实验评估了这些化合物对hBChE的抑制活性。结果显示，所有化合物对BChE的抑制作用均在纳摩尔量级，而对AChE的抑制作用则不显著（残余酶活性RA > 50% at 100 μM）。其中，化合物6b表现出最佳的双重活性，其对BChE的IC50值为0.35 μM，对α7 nAChR的EC50值为21 nM，这表明其具有平衡的双靶点作用。

此外，研究人员通过X射线晶体学技术分析了6b与hBChE的复合结构。这一结构揭示了一个前所未见的Y440残基的翻转，这可能是BChE在某些情况下表现出“后门”开放的新机制。这一发现不仅有助于理解BChE的功能，也为开发新型的BChE抑制剂提供了结构上的依据。

#### 激活α7受体的实验

为了评估这些化合物对α7 nAChR的激活作用，研究人员在表达α7 nAChR的HEK293T细胞中进行了钙流实验。该实验通过检测细胞在受体激活后的钙离子流入情况，间接评估了受体的活性。结果显示，所有化合物均表现出对α7 nAChR的激活作用，其中最有效的两种是5a和5b，其EC50值均低于10 nM。

值得注意的是，虽然这些化合物对α7 nAChR的激活能力较强，但它们对hERG通道的抑制作用较低，这表明它们在心脏毒性方面具有较好的安全性。这一结果对于未来将这些化合物推进临床研究具有重要意义，因为心脏毒性是药物开发过程中需要重点关注的问题。

#### 结论

综上所述，这些喹啉并咪唑烷基碳酰胺化合物显示出对BChE和α7 nAChR的双重作用，且在心脏毒性方面表现良好。这一发现为阿尔茨海默病的治疗提供了一种新的策略，即通过同时调节多个靶点来改善疾病症状并延缓其进展。这一策略不仅有助于更好地理解胆碱能功能障碍的复杂性，也为开发更有效的治疗药物提供了新的方向。

此外，研究还揭示了BChE与α7 nAChR之间可能存在的相互作用机制，为未来的药物设计提供了理论支持。随着对这些化合物的进一步研究，有望开发出更安全、更有效的治疗阿尔茨海默病的药物。