探索碳酸酐酶和磷酸二酯酶5的双重抑制剂作为治疗阿尔茨海默病的潜在药物

《European Journal of Medicinal Chemistry》：Exploring Dual Inhibitors Carbonic Anhydrases and Phosphodiesterase 5 as Potential Agents for Treatment Alzheimer’s Disease

阿尔茨海默病双靶点抑制剂设计及评价：以西地那非骨架为基础，合成了19个新型CA/PDE5双重抑制剂，化合物8a表现出对两种酶的强效抑制及良好安全性，在细胞和动物模型中均优于单一靶点药物。

　　

亚历西亚·科斯塔（Alessia Costa）|古斯塔沃·普罗文西（Gustavo Provensi）|科斯坦扎·蒂蒂（Costanza Titi）|马努埃拉·莱里（Manuela Leri）|莫妮卡·布奇安蒂尼（Monica Bucciantini）|玛尔塔·费拉罗尼（Marta Ferraroni）|亚当·B·基顿（Adam B. Keeton）|奥斯汀·M·摩尔（Austin M. Moore）|加里·A·皮亚扎（Gary A. Piazza）|阿什拉夫·哈桑·阿巴迪（Ashraf Hassan Abadi）|安德烈亚·安杰利（Andrea Angeli）|克劳迪乌·T·苏普兰（Claudiu T. Supuran）

佛罗伦萨大学神经药理学与毒理学系（NEUROFARBA），眼科学与神经精神药理学实验室（Braeye Lab），皮埃拉奇尼大道6号（Viale Pieraccini 6），佛罗伦萨50139，意大利

摘要

在本研究中，我们首次设计并评估了一系列具有潜在治疗阿尔茨海默病（AD）疗效的化合物。这些化合物能够抑制与该疾病密切相关的两种人类碳酸酐酶（hCA）异构体以及磷酸二酯酶5（PDE5），并以西地那非（sildenafil）作为结构骨架。共合成并生物评估了19种新型双重靶向分子，最终确定化合物8a为最具前景的候选物，其对两种酶目标均表现出强烈的抑制作用。通过X射线晶体学实验阐明了三种选定衍生物（6、8a和10d）与hCA II的结合机制。此外，化合物8a表现出良好的安全性，在浓度高达100 μM时并未显著损害分化后的SH-SY5Y细胞的存活能力，并且在减轻Aβ诱导的细胞毒性方面优于单一靶向药物乙酰唑胺（AAZ）和西地那非，尤其在缓解氧化应激方面表现更优。体内实验表明，长期给予化合物8a可防止Aβ_1–42处理的小鼠出现认知和工作记忆缺陷，其效果优于安慰剂对照组。总体而言，这些发现突显了双重抑制CA/PDE5作为阿尔茨海默病新型治疗策略的潜力。

部分内容摘录

引言

阿尔茨海默病（AD）是最常见的神经退行性疾病，目前全球有超过5500万人受到影响1, 2。其发病率持续上升，世界卫生组织预测到2050年这一数字将增至1.39亿，成为全球重大的公共卫生挑战[3]。AD是一种进行性疾病，其特征是认知能力下降，记忆障碍是早期显著症状。该疾病的关键神经病理学特征包括...

药物设计与化学

在本研究中，我们选择西地那非作为结构核心，用于结合针对CA的 pharmacophoric 部分（图1）。为了确定合适的结合位点，我们分析了PDE5–西地那非复合物的X射线晶体结构36, 37, 38，发现乙氧基苯基（ethoxyphenyl）和吡唑并嘧啶酮（pyrazolopyrimidinone）部分均紧密结合在PDE5的结合口袋中，并与关键残基发生相互作用。

结论

总结来说，我们报告了一类新型的双重CA/PDE5抑制剂的设计与合成过程。这些抑制剂源自西地那非骨架的结构修饰，共评估了十九种新化合物，其中8a被确定为最具潜力的候选物。该抑制剂对暴露于Aβ_1-42肽的SH-SY5Y细胞中的多种hCA具有强效抑制作用，同时对PDE5也表现出显著的抑制效果。

一般信息

所有无水溶剂和试剂均购自Sigma-Aldrich、VWR和TCI公司。涉及易受空气或湿气影响的反应均在氮气保护下进行。核磁共振（¹H NMR、¹³C NMR、¹⁹F NMR）谱图使用Bruker Advance III 400 MHz光谱仪在DMSO-d_{6条件下记录。化学位移以百万分之一（ppm）为单位报告，耦合常数（J）以赫兹（Hz）表示。分裂模式如下：s表示单峰；}

作者贡献声明

亚历西亚·科斯塔（Alessia Costa）：方法学研究。安德烈亚·安杰利（Andrea Angeli）：初稿撰写、研究、概念构思。阿什拉夫·哈桑·阿巴迪（Ashraf Hassan Abadi）：撰写、审阅与编辑。加里·A·皮亚扎（Gary A. Piazza）：撰写、审阅与编辑。奥斯汀·M·摩尔（Austin M. Moore）：研究。亚当·B·基顿（Adam B. Keeton）：撰写、审阅与编辑、方法学研究。玛尔塔·费拉罗尼（Marta Ferraroni）：撰写、审阅与编辑、验证、研究。莫妮卡·布奇安蒂尼（Monica Bucciantini）：撰写、审阅与编辑、方法学研究。马努埃拉·莱里（Manuela Leri）：方法学研究。

未引用参考文献

66..

数据访问代码

X射线结构的原子坐标，PDB编号为9SVL；9SW7；9SW8

注释

作者声明没有利益冲突。

利益冲突声明

? 作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢欧洲同步辐射设施（ESRF）根据提案编号MX/2537提供的同步辐射支持，并感谢克里斯托夫·穆勒-迪克曼（Christoph Mueller-Dieckmann）在使用ID30A-3/MASSIF-3和ID30B光束线方面提供的帮助与支持。本研究得到了下一代欧盟-国家复苏与韧性计划（Next-Generation EU?National Recovery and Resilience Plan, NRRP）-任务4组件2投资1.4-大学与研究部（Ministry of University and Research, MUR）的资助。