环烷基融合的4-氨基-3-芳基异噁唑[5,4-b]喹啉类化合物——改良型他克林：设计、合成、胆碱酯酶抑制作用、药物代谢动力学及分子对接研究

《Journal of Molecular Structure》：Cycloalkyl-fused 4-amino-3-aryl-isoxazolo[5,4- b]quinolines - modified tacrine: Design, synthesis, cholinesterase inhibition, ADMET, and molecular docking

本研究合成了10个异噁唑修饰的泰克林衍生物，通过微波辐照（100℃）反应5-氨基-3-苯基异噁唑-4-碳itrile与不同环状酮体，产率15-89%。体外实验显示化合物4hb对丁酰胆碱酯酶（BChE）抑制活性显著（IC50=1.53μM），分子对接表明异噁唑-5,4-b-喹啉酮结构通过Gly116、Gly117和Trp231形成关键作用。ADMET计算预测其具备肠道吸收和血脑屏障穿透潜力。

　　

尤里·G·卡彭伯格（Yuri G. Kappenberg）| 埃里卡·G·奥利维拉（érica G. Oliveira）| 巴勃罗·A·诺加拉（Pablo A. Nogara）| 费利佩·S·斯特法内洛（Felipe S. Stefanello）| 卡西亚·P·德尔加多（Cássia P. Delgado）| 若昂·B·T·罗查（Jo?o B.T. Rocha）| 尼洛·扎纳塔（Nilo Zanatta）| 马科斯·A·P·马丁斯（Marcos A.P. Martins）| 海利奥·G·博纳科索（Helio G. Bonacorso）

巴西南里奥格兰德州圣玛丽亚市圣玛丽亚联邦大学杂环化学研究中心（NUQUIMHE）

摘要

本研究介绍了十种异噁唑修饰的塔克林（tacrine）化合物4的设计、合成、酶抑制评估以及吸收、分布、代谢和排泄（ADMET）特性的计算分析，并进行了分子对接模拟。这些化合物包括环烷基连接的4-氨基-3-芳基取代的异噁唑[4,5-e]吡啶和异噁唑[5,4-b]喹啉。化合物4通过5-氨基-3-苯基异噁唑-4-氰化物2与不同的环烷酮3（包含五元、六元和七元环或四酮结构）在微波辐射（250 W）下反应15分钟（100 °C）制备，产率介于15–89%之间。氰化物2是通过芳基（杂芳基）醛1与羟胺盐酸盐、N-氯琥珀酰亚胺和丙二腈的连续反应制备的，产率在27–86%之间。体外实验表明，这些化合物对丁酰胆碱酯酶的抑制作用强于对乙酰胆碱酯酶的抑制作用，尤其是化合物3-(噻吩-2-基)-5,6,7,8-四氢异噁唑[5,4-b]喹啉-4-胺（4hb），其抑制浓度IC₅₀为1.53 μM。分子对接模拟显示，异噁唑[5,4-b]喹啉结构由于其能与活性位点的Gly116、Gly117和Trp231残基相互作用，在酶抑制中起重要作用。此外，ADMET特性的计算预测表明，这些修饰的塔克林衍生物4可能有助于提高肠道吸收和在中枢神经系统中的渗透性。

引言

9-氨基-1,2,3,4-四氢吖啶（塔克林，THA）是一种可逆的乙酰胆碱酯酶（AChE）和丁酰胆碱酯酶（BChE）抑制剂。这两种酶主要负责乙酰胆碱的降解。乙酰胆碱的降解与阿尔茨海默病的发病机制有关[1]。塔克林是首个获得美国食品药品监督管理局批准用于治疗阿尔茨海默病的强效且临床有效的胆碱酯酶抑制剂，批准时间为1993年。为了减少肝毒性等副作用，研究重点开发具有多种药理活性的化合物，如胆碱酯酶抑制、特定乙酰胆碱受体亚型的调节、抗炎活性和神经保护作用[[2], [3], [4]]。

通过用融合的五元杂环取代THA中的苯环，可以调节其性质和副作用[5]。我们的研究小组已经描述了将苯环替换为噻吩或1,2,3-三唑环的修饰塔克林衍生物，这些衍生物对AChE和BChE具有抑制活性[[6], [7]]。

同样，将N,O-杂环化合物引入THA中有效降低了化合物的毒性，并提高了其对BChE的选择性抑制作用，优于未经修饰的THA[5]。例如，关于异噁唑塔克林[8]和噁唑塔克林[9]衍生物的合成和体外特性研究显示，芳基异噁唑塔克林类似物是无毒的，并且是对BChE具有中等选择性的抑制剂[8]。在这些研究中，异噁唑塔克林在微摩尔范围内对BChE显示出良好的选择性。分子建模还表明，苯基取代的异噁唑化合物对BChE/AChE的选择性是由于苯基取代基在BChE的疏水口袋中的适宜定位，以及异噁唑环与AChE之间没有不利相互作用[8]。基于这些发现，为了探索芳基异噁唑塔克林的合成潜力和抗胆碱酯酶活性（鉴于其先前表现出的类似药物的特性[8]，以及我们研究小组已经报道的结构化学特征的相关性，本文研究了芳基/杂芳基异噁唑[5,4-b]喹啉胺和[4,5-e]吡啶胺的合成。这些化合物的AChE和BChE抑制活性通过标准酶学检测和分子对接分析进行了评估（图1）。

化合物合成

前体1-2以及3-芳基异噁唑[5,4-b]喹啉胺和[4,5-e]吡啶胺4的合成路线和结构如图1、图2所示，新形成的键以粗体标出。实验程序的详细描述、完整的核磁共振（NMR）数据和结构表征光谱见补充材料（图S1-S16）。

5-氨基-3-苯基异噁唑-4-氰化物前体（2a-h）已成功合成

一般信息

除非另有说明，所有常用试剂和溶剂均直接从商业供应商处购买，无需进一步纯化。熔点使用玻璃毛细管在Electrothermal MEL-TEMP 3.0（Thermo Scientific，美国）仪器中测定，未经校正。¹H和¹³C NMR光谱在Bruker Scientifics（美国）的Avance III光谱仪上记录（¹H频率600 MHz，¹³C频率150 MHz），样品管直径5 mm，温度298 K，数字分辨率为0.01 ppm，溶剂为CDCl₃

结论

本研究介绍了十种异噁唑修饰的塔克林4的设计、合成、酶抑制评估、计算ADMET分析和分子对接模拟。这些目标化合物通过将氨基氰化物2与五元、六元、七元环或四酮结构的环烷酮3在快速微波辐射下反应制备，产率介于15%至89%之间。然而，该方法不适用于含有EDG基团的异噁唑

作者贡献

概念构思：尤里·G·卡彭伯格（Yuri G. Kappenberg）和海利奥·G·博纳科索（Helio G. Bonacorso）；形式分析：尼洛·扎纳塔（Nilo Zanatta）和马科斯·A·P·马丁斯（Marcos A. P. Martins）；资金获取：海利奥·G·博纳科索（Helio G. Bonacorso）和若昂·B·T·罗查（Jo?o B. T. Rocha）；实验研究：尤里·G·卡彭伯格（Yuri G. Kappenberg）、巴勃罗·A·诺加拉（Pablo A. Nogara）、埃里卡·G·奥利维拉（érica G. Oliveira）、卡西亚·P·德尔加多（Cássia P. Delgado）和费利佩·S·斯特法内洛（Felipe S. Stefanello）；方法学：尤里·G·卡彭伯格（Yuri G. Kappenberg）、若昂·B·T·罗查（Jo?o B. T. Rocha）和海利奥·G·博纳科索（Helio G. Bonacorso）；软件使用：巴勃罗·A·诺加拉（Pablo A. Nogara）；项目管理、监督和可视化：海利奥·G·博纳科索（Helio G. Bonacorso）；原创撰写

补充数据

本文的补充数据可在线获取...

CRediT作者贡献声明

尤里·G·卡彭伯格（Yuri G. Kappenberg）：撰写——审稿与编辑、原始草稿撰写、方法学设计、实验研究；埃里卡·G·奥利维拉（érica G. Oliveira）：实验研究；巴勃罗·A·诺加拉（Pablo A. Nogara）：撰写——审稿与编辑、原始草稿撰写、软件开发、实验研究；费利佩·S·斯特法内洛（Felipe S. Stefanello）：方法学设计、实验研究；卡西亚·P·德尔加多（Cássia P. Delgado）：实验研究；若昂·B·T·罗查（Jo?o B.T. Rocha）：方法学设计、资金获取；尼洛·扎纳塔（Nilo Zanatta）：形式分析；马科斯·A·P·马丁斯（Marcos A.P. Martins）：形式分析；海利奥·G·博纳科索（Helio G. Bonacorso）：原始撰写

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

作者感谢高等教育人员协调委员会（CAPES）（财务代码001）和国家科学技术发展委员会（CNPq）（资助编号：305.379/2020、H.G.B.）提供的奖学金。C.P.D.、P.A.N.和J.B.T.R.获得了CAPES/PROEX（编号：23038.005848/2018-31、0737/2018和09-88887.505377/2020-00）的资助，P.A.N.还获得了IFSul/PROPESP（编号：PE08230723/026和PE06240724/013）的资助。我们还要感谢Atlas的支持