新型吡啶 -2- 四氮唑衍生物作为体内记忆增强剂的发现

《Bioorganic Chemistry》：Discovery of novel pyridine-2-tetrazole derivatives as in vivo memory enhancement agents

　　

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  发现吡啶-2-四氮唑作为抗AD药物的新型支架。
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  整合机器学习设计与体外及体内验证。
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  化合物28在TMT模型中恢复了记忆，尽管其体外AChE抑制作用较弱。
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  研究结果提示体内存在一种强效且非完全依赖AChE抑制的机制。
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  显示出作为治疗认知功能障碍及相关神经退行性疾病（如AD）先导化合物的潜力。

引言

受全球人口老龄化驱动，阿尔茨海默病（AD）正逐步演变为一场深刻的医疗危机，预计到2050年患者人数将达到1.52亿例 [1]。迄今为止，仅获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于治疗AD的药物仅有四种以及三种单克隆抗体，且其中没有任何一种能够完全治愈AD。这些药物仅能减轻和减缓疾病症状。II期和III期临床试验的反复失败凸显了AD是一种高度复杂、多因素性的病理过程 [2]、[3]、[4]。这些临床挫折通常归因于靶点识别不佳、血脑屏障（BBB）渗透性差，以及最为关键的是对疾病的系统性机制认识不充分 [5]、[6]、[7]、[8]。为了突破这些开发瓶颈，临床前研究不能仅依赖孤立的范式。将分子水平的体外筛选与系统性体内模型相结合，对于准确反映AD的复杂本质至关重要，从而避免无意中排除极具潜力的治疗候选药物。

目前市场上可用的阿尔茨海默病药物，如多奈哌齐、加兰他敏和利伐斯的明，均为乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制剂，AChE是一种参与神经递质乙酰胆碱水解的酶。通过抑制乙酰胆碱酯酶，这些药物可提高神经系统中乙酰胆碱的水平并延长其作用持续时间，从而增强胆碱能传递和神经元功能 [8]、[9]、[10]。尽管此前由于这类药物侧重于症状缓解而非疾病修饰，其在AD治疗中曾被置于次要地位，但近期关注点已转向以tau蛋白相关神经纤维缠结 [11]、[12]、[13]、Aβ斑块 [14]、[15]、[16]、[17]、[18] 作为AD发病主要驱动因素 [19] 的替代性假说。尽管如此，AChE抑制剂领域仍经历了显著的研究复兴。新兴证据表明，这类化合物具有多重机制；例如，它们可以破坏AChE-β-淀粉样蛋白复合物的形成，并抑制神经毒性β-淀粉样蛋白斑块的聚集 [20]、[21]、[22]。此外，临床研究还表明，接受AChE抑制剂治疗的患者死亡风险低于未使用者 [23]。此外，将AChE抑制作用与其他分子靶点（如BACE1、丁酰胆碱酯酶（BChE））相结合的多靶点配体，已成为治疗阿尔茨海默病的一种有前景的策略 [22]、[24]、[25]。

在结构上，AChE由位于深而窄的沟道底部的催化活性位点（CAS）和位于沟道入口处的外周阴离子位点（PAS）组成。两个位点均参与与β-淀粉样蛋白的相互作用以及神经毒性复合物的形成。因此，大多数现代AChE抑制剂均被设计为双重结合配体，能够同时与CAS和PAS发生相互作用 [24]。基于我们此前在双位点AChE抑制剂设计与合成方面的研究工作 [26]、[27]，我们先前鉴定了若干具有显著活性的茶碱基衍生物，其中部分化合物的IC₅₀值处于微摩尔范围（图1A）[26]。本研究在此基础上进一步拓展，报道了一系列新型5-(吡啶-2-基)四氮唑衍生物（图1B）的设计、合成及药理学评价。这些候选化合物首先通过计算机结合亲和力预测以及其理化性质和类药性评估进行优先筛选。在合成完成后，对这些化合物进行了体外AChE抑制活性筛选。此外，将先导类似物通过口服给药方式用于三甲基锡（TMT）诱导的小鼠模型中，以探究其在体内恢复记忆和认知功能方面的治疗潜力。

各章节摘要

机器学习计算

采用经过训练的机器学习模型，按照我们之前的研究方法 [28]、[29]，预测了设计化合物与AChE的结合亲和力（ΔG）。结果汇总于支持信息文件中的表S1。结果显示，设计化合物的预测结合亲和力范围为-7.84至-6.60 kcal·mol^?1。机器学习模型采用了XGBoost算法，实现了均方根误差（RMSE）为1.298 ± 0.10 kcal·mol^?1，相关系数（R）为0.83 ± 0.03。值得注意的是，我们的

结论

综上所述，本研究成功开发了一系列新型吡啶-2-四氮唑衍生物（6–30）。尽管这些化合物的体外AChE抑制活性与参考药物加兰他敏相比较为温和，但构效关系（SAR）分析提供了关键的见解，突出了连接链长度是酶相互作用的决定性因素。值得注意的是，体内药理学评价取得了极具前景的结果。化合物28在20 mg/kg和60 mg/kg两个剂量下，均显著增强了

化学部分

所有化学品和试剂均购自供应商，未经纯化直接用于实验。反应进程通过薄层色谱法（Merck Kieselgel 60F254）监测，斑点在254 nm紫外光下检测。柱色谱分离采用230–400目硅胶。熔点采用电热数显熔点仪测定。高分辨电喷雾电离质谱在Agilent 6530上完成

CRediT作者贡献声明

Nguyen Viet Hung：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、调查研究、形式化分析、数据整理。Van-Hai Hoang：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、调查研究、形式化分析、数据整理、概念化。Le Thien Bao Long：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、形式化分析、数据整理、概念化。Vu Ngoc Hai Linh：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、软件、概念化。Le

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能对本研究的成果产生影响。

致谢

我们感谢Vingroup创新基金（VINIF）在项目编号VINIF.2022.DA00061下提供的主要经费支持。

Nguyen Viet Hung|Van-Hai Hoang|Le Thien Bao Long|Vu Ngoc Hai Linh|Le Quoc Tien|Tran Vu Thuy Linh|Le Thi Tam Bang|Tiep K. Nguyen|Hang Thi Nguyet Pham|Dinh Thi Minh|Tran Thi Thu Hien|Shuai Wang|Phuong-Thao Tran