发现新型哈尔明衍生物，作为高效、选择性且能透过血脑屏障的GSK3β抑制剂，在体内具有显著的抗阿尔茨海默病（AD）活性

《European Journal of Medicinal Chemistry》：Discovery of Novel Harmine Derivatives as Potent, Selective, and Brain Permeable GSK3β Inhibitors with Effective In Vivo anti-AD Activity

阿尔茨海默病（AD）治疗中GSK3β抑制剂研究，基于结构导向设计合成新型β-咔巴琳衍生物39a，其通过分子内氢键增强GSK3β抑制活性（IC50=0.37nM），对DYRK1A选择性>25000倍，抑制tau磷酸化并穿透血脑屏障，在两种AD小鼠模型中改善认知并减少tau病理，且无运动缺陷。

　　阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）是一种常见的神经退行性疾病，其治疗手段有限，因此寻找新的治疗靶点和药物具有重要意义。GSK3β（糖原合成酶激酶3β）作为一种多功能丝氨酸/苏氨酸激酶，参与多种信号通路，其异常活性与AD的病理过程密切相关。近年来，研究发现GSK3β在AD患者脑组织中的活性显著升高，与认知功能障碍呈正相关，因此GSK3β被认为是AD治疗的重要靶点之一。基于此，开发高效的GSK3β抑制剂成为推动AD治疗进展的关键方向。

GSK3β主要通过磷酸化tau蛋白促进神经纤维缠结（neurofibrillary tangles, NFTs）的形成，这是AD的标志性病理特征之一。因此，抑制GSK3β的活性被认为能够减少tau蛋白的异常磷酸化，从而延缓AD的进展。然而，现有的GSK3β抑制剂在临床应用中面临诸多挑战，如药代动力学特性不佳、靶点选择性不足以及潜在的慢性毒性问题。例如，Tideglusib是唯一进入临床二期试验的ATP非竞争性GSK3β抑制剂，但因临床疗效有限及副作用如腹泻而终止了试验。这表明，开发具有更高选择性和更优药代动力学特性的GSK3β抑制剂对于AD治疗至关重要。

在本研究中，研究人员基于结构导向药物设计（structure-based drug design, SBDD）策略，从天然存在的β-咔啉类生物碱harmine出发，设计并合成了一系列新型GSK3β抑制剂。harmine本身是一种已知的DYRK1A（双特异性酪氨酸磷酸化调节激酶1A）选择性抑制剂，但其对GSK3β的抑制效果有限。因此，研究团队通过分子对接和结构-活性关系（structure-activity relationship, SAR）分析，优化了harmine的结构，旨在提高其对GSK3β的抑制能力，同时保持对其他激酶的高选择性。

其中，化合物39a表现出优异的GSK3β抑制活性，其半数抑制浓度（IC50）仅为0.37 nM，显示出极高的抑制效力。此外，该化合物对DYRK1A的抑制选择性达到25000倍以上，远高于harmine本身的抑制效果（harmine的IC50为32 μM）。这一显著的选择性表明，化合物39a可能在治疗AD时具有更低的副作用风险，因为它能够特异性地靶向GSK3β，而不会过度抑制其他相关激酶。这种高选择性对于药物的安全性和有效性至关重要，特别是在长期治疗中。

除了高选择性，化合物39a在体外实验中表现出良好的血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）渗透能力，这使得它能够有效进入中枢神经系统，从而发挥其治疗作用。在Tau（P301L）293T细胞模型中，化合物39a能够显著抑制tau蛋白的异常磷酸化，其半数有效浓度（EC50）为0.06 ± 0.01 μM，显示出其对AD相关病理过程的干预潜力。进一步的动物实验表明，化合物39a在OA诱导的C57BL/6J小鼠和3×Tg-AD小鼠模型中，能够显著改善认知功能障碍，并减少tau蛋白的异常磷酸化，而不会引起自发性运动功能障碍。这一结果表明，化合物39a不仅具有良好的药理活性，还具备良好的安全性，为AD的治疗提供了新的希望。

在设计过程中，研究人员引入了环丙基甲酰胺基团到harmine的C1位置，并在C7位置引入了（R）-1-苯乙胺基团。这些结构修饰显著提高了化合物对GSK3β的结合亲和力，同时优化了其对其他激酶的选择性。通过多轮分子对接和SAR分析，研究团队能够系统地评估不同结构变化对化合物活性的影响，从而确定最优的分子结构。此外，研究还提出了一种新的假设，即化合物39a中可能存在的分子内氢键（intramolecular hydrogen bonded, iMHB）结构有助于提高其对GSK3β的抑制能力，并增强其穿过血脑屏障的能力。这一假设尚未通过实验验证，但为未来的研究提供了新的方向。

值得注意的是，尽管GSK3β抑制剂在AD治疗中展现出良好的前景，但其临床应用仍面临诸多挑战。例如，一些化合物的物理化学性质不佳，导致其在体内的生物利用度低；此外，部分化合物在临床试验中表现出慢性毒性，如胆汁淤积和基因毒性等，这限制了其进一步开发。因此，研究团队在设计化合物39a时，特别关注其药代动力学特性，力求在提高抑制活性的同时，优化其生物利用度和安全性。这种综合性的药物设计策略，不仅有助于克服现有药物的局限性，还为未来的AD治疗药物开发奠定了基础。

化合物39a的成功开发，不仅验证了结构导向药物设计在靶向激酶抑制剂中的应用价值，还为AD治疗提供了新的分子工具。通过深入研究其作用机制，研究人员可以进一步揭示GSK3β在AD病理过程中的具体作用，并探索其作为治疗靶点的潜力。此外，化合物39a的高选择性特性，使其在临床试验中可能表现出更少的副作用，从而提高患者的依从性和治疗效果。

在药物研发过程中，化学合成方法的优化同样至关重要。本研究中，化学部分采用标准的实验室技术，包括溶剂的干燥和纯化、空气或水分敏感反应的氮气保护等。核磁共振（NMR）光谱用于分析化合物的结构，确保其合成的准确性。此外，研究人员还采用了多种实验方法，如分子对接、细胞实验和动物实验，以全面评估化合物的药理活性和安全性。这些实验方法不仅有助于验证化合物的抑制效果，还能提供关于其在体内的代谢和分布信息，为后续的临床研究提供依据。

为了推动AD治疗的进展，研究人员还提出了未来的研究方向。首先，进一步探讨化合物39a在AD病理中的具体作用机制，包括其对其他相关蛋白的影响，以及其在不同AD模型中的疗效。其次，通过优化其化学结构，提高其在体内的稳定性和生物利用度，从而增强其临床应用的可行性。此外，研究团队还计划评估化合物39a与其他AD治疗药物的联合应用效果，以探索更有效的治疗方案。

综上所述，化合物39a的发现为AD治疗提供了新的药物候选，其高选择性和良好的血脑屏障渗透能力使其在临床研究中具有较大的潜力。通过结构导向药物设计策略，研究人员成功地开发出一种新型GSK3β抑制剂，为探索GSK3β在AD中的作用机制和指导AD药物研发提供了重要参考。未来的研究将继续深入探讨该化合物的药理特性，并评估其在临床中的应用前景。