基于吲哚酮的苯磺酰胺作为具有抗惊厥活性的碳酸酐酶 II/VII 抑制剂的设计、合成与生物评价

《European Journal of Medicinal Chemistry》：Design, Synthesis, and Biological Evaluation of Isatin-based Benzenesulfonamides as Carbonic Anhydrase II/VII Inhibitors with Anticonvulsant Activity

　　

• 新型吲哚酮-TZD-苯磺酰胺杂合体，专为靶向抗惊厥活性而设计。
• 先导化合物对hCA II和hCA VII表现出强效抑制活性。
• 化合物6a在癫痫模型中的效果优于丙戊酸，改善了发作起始、严重程度和存活率。
• 治疗引起的KCC2和mTOR水平变化，在测试剂量下显示出良好的急性耐受性。

**引言**

癫痫是世界上最普遍的慢性神经系统疾病之一，影响数百万人，并带来巨大的医疗、社会和经济负担。其特征是由异常、过度且同步的神经元活动引起的反复发作性和自发性癫痫发作[1]，[2]。尽管已有三十多种抗惊厥药物（ASMs）可供使用，但仍有约三分之一的患者继续经历无法控制的癫痫发作，导致药物难治性癫痫，这与发病率、死亡率、认知障碍增加以及生活质量显著下降相关[3]，[4]。这些局限性凸显了开发新的治疗策略的紧迫需求，这些策略应针对常规离子通道和神经递质系统调节之外的替代分子通路。

在已发现与癫痫发生相关的分子靶点中，碳酸酐酶（CA）异构体因其维持脑部酸碱稳态的基本作用而备受关注。碳酸酐酶是锌依赖性金属酶，可催化二氧化碳可逆水合为碳酸氢盐和质子，从而调节细胞内和细胞外pH值、神经元兴奋性和突触传递。这一精密调控系统的破坏通过异常碱化、增强兴奋性神经传递以及促进癫痫发作的起始和传播来促进神经元过度兴奋[5]。在目前已鉴定的十五种具有催化活性的人源CA异构体中，hCA II和hCA VII已发展成为癫痫治疗中最相关的靶点。hCA II在星形胶质细胞和少突胶质细胞中大量表达，遗传性敲除和药理学抑制该异构体均已在实验模型中证明可降低癫痫易感性。相比之下，hCA VII主要定位于海马和大脑皮层，在那里它促进碳酸氢盐依赖的GABA能去极化，促使神经元信号从抑制性向兴奋性转变，从而有助于癫痫样活动。综合而言，这些发现提供了令人信服的生物学证据，支持开发选择性抑制剂靶向与脑相关的hCA II和hCA VII用于治疗癫痫[6]。

碳酸酐酶抑制在癫痫治疗中的相关性得到了几种临床使用的ASMs的支持（图1），包括乙酰唑胺（AAZ）、氨已烯酸（ZNS）、司他米（STM）和托吡酯（TPM），它们均表现出不同程度的碳酸酐酶抑制活性[7]，[8]。实验证据将神经元CA VII与癫痫易感性联系起来[9]，靶向hCA II/VII的抑制剂已在建立的癫痫模型中表现出抗惊厥活性[10]；乙酰唑胺的临床经验进一步支持CA抑制作为抗癫痫策略[11]。然而，这些药物通常抑制多种CA异构体，并可能与剂量限制性不良反应或长期疗效降低相关，凸显了开发更选择性靶向与脑相关的CA异构体的抑制剂的必要性。因此，大量的药物化学努力集中在设计结构多样的磺酰胺类碳酸酐酶抑制剂上，通过合理的骨架优化来提高活性和异构体选择性[12]，[13]，[14]，[15]，[16]，[17]。

最近的药物化学研究进一步表明，围绕磺酰胺锌结合基团进行合理的骨架优化是提高碳酸酐酶抑制活性、异构体选择性和药理学性能的有效策略。例如，Swain等人报道了一系列基于吲哚酮的苯磺酰胺类化合物作为强效hCA IX/XII抑制剂，进一步凸显了吲哚酮骨架作为碳酸酐酶靶向药物设计特权结构平台的通用性[18]。综合而言，这些发现表明吲哚酮骨架是一个通用的平台，可用于开发超越单一治疗适应症的碳酸酐酶抑制剂。同样，几种含苯磺酰胺的衍生物已成功开发为与癫痫相关的hCA II和hCA VII抑制剂，进一步支持了以异构体为导向的药物化学优化的可行性[19]，[20]。综合而言，这些发现表明，对磺酰胺锌结合基团周围分子骨架进行适当结构修饰是开发靶向hCA II和hCA VII、对癫痫具有潜在治疗相关性的碳酸酐酶抑制剂的合理途径。

为了将上述药物化学考虑转化为合理的分子设计，所提出的化合物通过整合结构多样的抗惊厥剂共同的关键药效团特征与碳酸酐酶抑制所需的结构要求而构思而成。

尽管目前可用的抗惊厥药物通过不同的分子机制发挥治疗作用，但比较药效团分析揭示了与抗惊厥活性相关的几种保守结构特征。代表性例子包括主要通过电压门控钠通道阻滞作用的苯妥英和卡马西平、GABA受体激动剂普拉巴胺，以及具有额外钠通道调节活性的NMDA受体拮抗剂雷马酰胺。为进一步强化药效团引导的设计策略，还纳入了两种先前报道的杂环肟衍生物（化合物I和II），这些化合物代表了经实验验证的抗惊厥药效团，作为参考化合物[21]。此外，选择氨已烯酸作为附加参考物，因为除了通过调节电压门控钠通道和T型钙通道发挥已确立的抗癫痫作用外，它还表现出碳酸酐酶抑制活性，从而在保守的抗惊厥药效团与本研究所采用的碳酸酐酶靶向分子设计之间提供了直接机制联系（图2）。这些特征包括：(i) 两个疏水/芳香区域，促进与生物学靶点的有利脂溶性相互作用；(ii) 氢键供体和受体官能团，通常由含酰胺、亚胺或羰基的基团表示；(iii) 能够稳定配体-靶点相互作用的富电子官能团。这些共享的药效团特征构成了本分子设计的基础（图2）。

在本设计考虑的分子片段中，选择吲哚酮骨架是因为其药团特征，吲哚酮骨架被选择是因为它提供了一个刚性的芳香框架，同时通过其内酰胺羰基和NH基团提供氢键供体/受体官能团，这与我们之前关于含吲哚酮的苯磺酰胺类抗惊厥衍生物的研究结果一致[22]。同样，噻唑烷-2,4-二酮（TZD）部分被纳入以提供额外的羰基官能团，可以强化氢键相互作用，其选择得到了我们先前报道的苯磺酰胺-TZD抗惊厥衍生物的支持[23]。此外，引入乙酰酰胺和丙酰胺连接基以提供药效团片段之间合适的分子灵活性和空间取向。最后，系统地改变吲哚酮核上的N-取代基以研究位阻和脂溶性调节对碳酸酐酶抑制和抗惊厥活性的影响，同时保持核心药效团结构。

因此，通过整合结构多样的抗惊厥剂的基本药效团特征与苯磺酰胺锌结合基团已确立的碳酸酐酶靶向能力，合理地设计并合成了两系列含有乙酰酰胺和丙酰胺连接基的吲哚酮-噻唑烷-2,4-二酮杂合体。所得分子框架预计将具有有利的抗惊厥药效团特征和抑制与脑相关的hCA II和hCA VII异构体的能力，从而为开发新的碳酸酐酶靶向抗惊厥药物提供合理基础。

**章节摘要：化学部分**

本研究中采用的合成方法的目标是开发一种简便有效的方法来合成具有潜在生物学意义的新噻唑烷-2,4-二酮衍生物。噻唑烷-2,4-二酮（1），主要杂环核，通过在酸性环境中将氯乙酸与硫脲反应生成[24]。然后，使用冰醋酸和乙酸钠作为催化剂，化合物1与各种取代基发生Knoevenagel型缩合反应……

**效力图谱**

乙酰酰胺系列4a-f和丙酰胺6a-f使用停流CO2水合酶测定法[27]，[28]，[29]，[30]，[31]，[32]，[33]评估了它们对hCA I、II和VII的抑制能力，以已知的hCA抑制剂乙酰唑胺（AAZ）作为阳性对照。体外抑制常数（KI）用于推断下表1和图3所示的结构-活性关系（SAR）。

鉴于本研究化合物库规模有限，以下分析应……

**结论**

总之，本研究证明新设计的吲哚酮-噻唑烷-2,4-二酮-苯磺酰胺杂合体化合物6a表现出有前景的体外hCA II/VII抑制活性和在两种小鼠癫痫模型中的表型抗惊厥效果。在测试剂量下，化合物6a在PTZ和大鼠碱诱导的癫痫模型中的效果均优于参考药物丙戊酸，提供完全的癫痫保护，显著延迟癫痫发作起始……

**化学部分**

除另有说明外，所有试剂和溶剂从可靠供应商如Sigma-Aldrich、NRC和Merck购买后未经进一步纯化即使用。熔点使用Stuart SMP10装置测定，给出的值为未校正值。使用由0.5 mL乙酸乙酯和0.5 mL正己烷组成的展开剂系统，采用薄层色谱法（TLC）在预涂硅胶板（Silica 60 F254, Fastman Kodak）上监测反应进程……

**动物**

从埃及吉萨Zel Al-Nakheel实验动物繁育和供应中心获得150只健康的成年雄性Swiss albino小鼠（7-8周龄；体重23-28 g）。动物在标准实验室条件下饲养，维持12小时光/暗周期，在整个研究期间自由获取标准颗粒饲料和水。所有实验操作均按照机构关于动物使用和……的指南进行

**CRediT作者贡献声明**

Andrea Ammara：撰写——初稿，资源，数据整理。Mohammed A. Dahab：方法学，调查，形式分析，数据整理。Tarfah Al-Warhi：软件，资源，项目管理，调查。Mahmoud S. Elkotamy：撰写——初稿，验证，软件，资源。Claudiu T. Supuran：撰写——审阅与编辑，软件，资源，项目管理，形式分析。Haytham O. Tawfik：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，监督……

**伦理声明**

本研究按照ARRIVE（动物研究：活体实验报告）指南进行。本研究已获埃及俄罗斯大学药学院伦理委员会批准。（批准号：ERUFP-PO-25-001）

**备注**

作者声明无利益冲突。

**利益冲突声明**

? 作者声明没有已知可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

**致谢**

作者感谢沙特阿拉伯利雅得诺拉宾特阿卜杜勒阿齐兹大学研究人员支持项目[PNURSP2026R26]的资助。

Wagdy M. Eldehna | Mahmoud Abdelrahman Alkabbani | Andrea Ammara | Mohammed A. Dahab | Tarfah Al-Warhi | Mahmoud S. Elkotamy | Diaaeldin M. Elimam | Kamyar Afarinkia | Hazem Elkady | Mostafa M. Elbadawi | Alessio Nocentini | Claudiu T. Supuran | Haytham O. Tawfik