基于咖啡酸的新型多功能分子设计、合成及生物学评价：阿尔茨海默病治疗新策略

为解决阿尔茨海默病（AD）多靶点病理机制（如胆碱能缺陷、Aβ聚集、氧化应激及金属离子失调）的协同干预难题，印度理工学院（瓦拉纳西）的研究团队通过结构优化设计了一系列咖啡酸（CA）衍生物。其中先导化合物12d展现出选择性乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制（IC50 =3.72 μM）、抗氧化（DPPH IC50 =6.32 μM）及Aβ1-42 聚集调控等多功能活性，并在小鼠模型中改善认知功能。该研究为开发多靶点导向配体（MTDL）提供了新思路，发表于《European Journal of Medicinal Chemistry》。

　　

阿尔茨海默病（AD）作为全球最常见的神经退行性疾病，正以每3秒新增1例的速度席卷老龄化社会。这种疾病的复杂之处在于它像一场"多管齐下"的神经破坏行动：大脑中的乙酰胆碱（ACh）水平持续下降，β淀粉样蛋白（Aβ）聚集成顽固的斑块，自由基在神经元内横冲直撞，而铜、铁等金属离子的代谢紊乱更是火上浇油。尽管现有药物如多奈哌齐等乙酰胆碱酯酶抑制剂（AChEIs）能暂时缓解症状，但它们就像只修理漏水管道的工人，无法阻止整栋楼的坍塌。更令人沮丧的是，近年来获批的Aβ单抗类药物疗效有限且价格昂贵，这使得开发能同时干预多个病理环节的多靶点药物成为当务之急。

印度理工学院（瓦拉纳西）药物工程与技术系的Gyan Modi和Sunil Kumar团队将目光投向了天然产物咖啡酸（CA）。这种存在于咖啡和多种植物中的小分子虽具有抗氧化和神经保护潜力，但因其与乙酰胆碱酯酶（AChE）结合力弱（抑制率仅35.39%）和血脑屏障（BBB）穿透性差而受限。研究人员通过巧妙的"分子改造手术"，在保留CA核心结构的同时引入疏水性基团，设计出能同时靶向AChE活性中心、清除自由基并螯合金属离子的"智能炸弹"分子。

研究团队采用多学科交叉的研究策略：通过计算机辅助药物设计优化分子结构；运用核磁共振（NMR）和高分辨质谱（HRMS）确认合成化合物的结构；采用改良Ellman法测定胆碱酯酶抑制活性；通过分子对接和分子动力学（MD）模拟分析化合物与AChE/丁酰胆碱酯酶（BChE）的相互作用模式；使用硫黄素T（ThT）荧光和透射电镜（TEM）观察Aβ聚集抑制效果；采用DPPH法和细胞氧化应激模型评估抗氧化活性；最后通过scopolamine诱导的AD小鼠模型验证认知改善作用。

化学合成与结构优化
研究团队以CA为母核，通过延长连接臂并引入芳香/杂环取代基，合成14个衍生物（12a-12n）。关键改造策略包括：① 将CA的羧基通过酰胺键与含氮杂环连接，增强与AChE外周阴离子位点（PAS）的相互作用；② 调节ClogP至2-4区间以改善BBB穿透性。

胆碱酯酶抑制活性
化合物12d表现出最优异的AChE选择性抑制（IC₅₀
=3.72 μM），较母体CA提升近10倍。酶动力学分析揭示其通过混合型抑制同时结合AChE催化活性中心（CAS）和PAS位点，这与分子对接显示的TRP86、HIS447等关键残基相互作用吻合。

抗氧化与金属螯合
12d在DPPH实验中展现强自由基清除能力（IC₅₀
=6.32 μM），并通过紫外光谱证实其与Cu²⁺
/Fe²⁺
的配位能力。在SH-SY5Y神经细胞中，12d预处理可显著降低H₂
O₂
诱导的活性氧（ROS）水平。

Aβ聚集调控
ThT荧光实验显示12d使Aβ_1-42
原纤维形成延迟4小时，TEM图像证实其减少纤维状聚集体的形成。这种双重作用可能通过阻断金属离子与Aβ的结合位点实现。

体内神经保护
在scopolamine诱导的AD小鼠模型中，12d治疗组在Y迷宫测试中自发交替率提高21%，脑组织AChE活性降低34%，同时恢复海马区抗氧化酶水平。

这项研究成功将天然产物的多功能特性与理性药物设计相结合，证实结构优化后的CA衍生物12d能同时靶向AD的多个病理环节。其创新性体现在：① 通过单一分子实现胆碱酯酶抑制、抗氧化和金属螯合的"三位一体"作用；② 首次阐明CA衍生物通过混合型抑制机制同时作用于AChE的CAS和PAS位点；③ 提供通过调节金属稳态抑制Aβ聚集的新证据。该研究为开发具有我国自主知识产权的抗AD候选药物提供了先导化合物，也为多靶点药物设计策略在复杂疾病中的应用树立了范例。未来研究可进一步优化12d的药代动力学特性，并探索其与现有药物的协同治疗效果。