基于色酮的衍生物的设计、合成及其多靶点评估：作为有前景的抗阿尔茨海默病药物

《Bioorganic Chemistry》：Design, synthesis, and multi-target evaluation of Chromone-based derivatives as promising anti-Alzheimer's disease agents

阿尔茨海默病多靶点黄酮类化合物设计合成及机制研究。该研究通过引入含胺基、肼基和酰肼基团的苯并吡喃酮骨架，成功合成了C1-C28和D1-D48系列衍生物。体外实验显示C20和D21对乙酰胆碱酯酶（IC50=1.78±0.69 μM）和单胺氧化酶-B（C20 IC50=0.06±0.04 μM）具有显著抑制作用，同时能有效抑制Aβ40/42（C20 IC50=1.79±0.45 μM）和Tau蛋白聚合（D21 IC50=1.89±0.52 μM）。分子动力学模拟证实其与靶标蛋白结合能降低氧化应激（ROS减少30-45%）。研究为多靶点治疗阿尔茨海默病提供了新型候选药物

　　

Jia Hao Lu|Chen Hao Zhao|Ying Q.I. Qiu|Li Qun Shen|Miao Zhang|Hua Zhu

广西中医药大学壮瑶民族医药重点实验室，中国广西南宁市530200

摘要

设计并合成了一系列新型色酮衍生物，主要包含烯胺/肼/酰肼基色的酮衍生物。系统评估了它们作为多靶点（乙酰胆碱酯酶（AChE）、单胺氧化酶-B（MAO-B）、β-淀粉样蛋白-40/42（Aβ40/42）和Tau蛋白）抑制剂治疗阿尔茨海默病（AD）的潜力。体外研究表明，化合物C20表现出强效且选择性的AChE抑制活性，对丁酰胆碱酯酶（BChE）无显著影响，其MAO-B抑制IC50值为0.06±0.04 μM。化合物C20和D21均能有效抑制Aβ40/42和Tau蛋白的聚集，总体IC50值约为1 μM。此外，D21还能促进Aβ40/42的降解（Aβ40的IC50为2.151 μM；Aβ42的IC50为3.622 μM）。细胞实验显示，C20和D21能不同程度地减少细胞内和细胞外的Aβ蛋白沉积，显著减轻Aβ40/42寡聚体引起的神经毒性，并降低细胞内活性氧（ROS）的产生。这些发现表明C20和D21作为AD多靶点治疗剂具有巨大潜力。

引言

AD是一种多因素引起的神经退行性疾病，其发病机制复杂，不仅涉及Aβ斑块沉积和Tau纤维缠结[[1], [2], [3]]，还包括突触功能障碍、神经元丢失以及严重的神经递质缺乏。尽管提出了多种假说（如胆碱能假说、氧化应激理论、Aβ级联反应假说和Tau蛋白过度磷酸化机制）来解释AD的病理机制，但由于难以同时解决疾病的多种病理因素，大多数单靶点治疗方法在临床试验中均以失败告终[[4], [5], [6]]。在这种情况下，像MAO-A和MAO-B这样的酶可能在AD的多种病理途径中起关键作用[[7], [8], [9]]。

为克服这些限制，多靶点导向配体（MTDLs）的概念受到了广泛关注。这种策略通过在一个分子骨架中整合多种药理功能，以实现同时对多种病理途径的调节[[10]]。MTDLs旨在提高治疗效果，减少药物相互作用和副作用，并改善患者依从性[[11]]。在AD进展的早期阶段，异常的Aβ蛋白聚集被认为会引发一系列神经毒性过程；而Tau蛋白的过度磷酸化和聚集会在疾病的中后期加剧神经元损伤[[12]]。这些病理机制的相互作用最终导致胆碱能功能障碍和持续的认知衰退。因此，能够同时抑制AChE[[13], [14], [15]]、抑制Aβ纤维形成[[16], [17], [18]]以及干扰Tau蛋白聚集的化合物，对于更有效地治疗AD具有巨大潜力[[1],[19], [20], [21]]。

色酮是一类含有苯并吡喃-4-酮（4H-1-benzopyran-4-one）核心的杂环化合物，在自然界中广泛存在，并长期以来被用于传统医学[[22]]。它们具有抗炎、抗氧化、抗癌和神经保护等多种生物活性[[23]]。最近的体外研究进一步强调了色酮衍生物作为AD多靶点治疗剂的潜力，尤其是它们能够抑制AChE、抑制Aβ蛋白聚集和调节Tau纤维化[[24], [25], [26]]。然而，由于药代动力学性质不佳（如口服生物利用度低、代谢清除快、半衰期短以及血脑屏障（BBB）通透性有限），天然色酮的临床应用受到限制。通过引入调节极性、空间体积或电子特性的功能基团对色酮骨架进行结构修饰，可以增强其结合亲和力、代谢稳定性和中枢神经系统（CNS）分布，从而提高药物成药性[[22],[27], [28], [29], [30]]。

在本研究中，我们设计并合成了一系列新型色酮衍生物，并采用多学科方法（结合体外生物测定和计算机模拟）评估了它们的抗AD潜力。系统评估了它们对AChE和BChE的抑制活性，以及抑制Aβ和Tau蛋白聚集和减轻氧化应激的能力。通过分子对接和分子动力学（MD）模拟阐明了结合机制、能量谱和结构稳定性。这一综合研究识别出了具有强生物活性和良好安全性的多靶点候选物，同时也为其治疗AD的多因素本质提供了机制上的见解。

部分摘录

衍生物C1–C28的合成

烯胺酮基色酮衍生物C1–C16的合成路线如图1所示。首先，N,N-二甲基甲酰胺（DMF）与三氯化磷（POCl?）在0°C下反应生成Vilsmeier–Haack试剂。随后加入预先合成的2-羟基乙酰苯酮衍生物，使甲酰基选择性地在酮基附近的甲基上发生反应。在酸性条件下，引入的甲酰基与

结论

本研究成功设计并合成了一系列含有烯胺/腙/酰腙连接基团的色酮衍生物（C1–C28, D1–D48），并通过体外实验和计算模拟系统评估了它们作为AD多靶点治疗剂的潜力。在合成的化合物中，C20表现出最佳的AChE抑制活性（IC50=1.78±0.69 μM）和强效的MAO-B抑制活性（IC50=0.06±0.04 μM，SI=16.3），表明其具有双重

化学信息

所有试剂均从Macklin公司购买，无需进一步纯化。熔点使用WRR视觉熔点仪（中国广西民族大学）进行测定。¹H和¹³C核磁共振（NMR）谱在Bruker AVANCE HD-400光谱仪（Bruker，德国）上使用DMSO-d?和TMS作为内标进行记录。信号多重性分别表示为单峰（s）、双峰（d）、三峰（t）和多重峰（m）。高分辨率质谱（HRMS）分析

作者贡献

数据准备由所有作者共同完成，他们还参与了手稿的起草和修订工作。所有作者均已审阅并批准了最终版本的手稿。

CRediT作者贡献声明

Jia Hao Lu：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法学，实验研究，数据分析。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了以下项目的资助：广西壮瑶民族医药重点实验室（ Gui Ke Ji Zi [2014] 编号32）；广西壮瑶民族药用材料开发与产业化工程研究中心（Gui Jiao Ke Yan [2024] 编号10）；壮瑶医药协同创新中心（Gui Xiwen R & D [2013] 编号20）；广西壮族地区民族医药资源与应用工程研究中心