《Tetrahedron》：Design, synthesis, and anticholinesterase activity of quinoline-4H-pyran hybrids: Selective BChE inhibition supported by molecular docking
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阿卜杜勒·克里姆·桑德利（Abd elKrim Sandeli）|赛达·本泽尔卡（Saida Benzerka）|奈玛·基里-梅里布（Naima Khiri-Meribout）|拉菲克·梅纳塞尔（Rafik Menacer）|伊斯梅尔·奥兹德米尔（?smail ?zdemir）|
阿卜杜勒·克里姆·桑德利（Abd elKrim Sandeli）|赛达·本泽尔卡（Saida Benzerka）|奈玛·基里-梅里布（Naima Khiri-Meribout）|拉菲克·梅纳塞尔（Rafik Menacer）|伊斯梅尔·奥兹德米尔（?smail ?zdemir）|查维基·本苏伊西（Chawki Bensouici）|侯赛姆·布勒布德（Houssem Boulebd）
阿尔及利亚康斯坦丁制药科学研究中心（Pharmaceutical Sciences Research Center, CRSP），邮编25000
摘要
我们报告了一系列新的胆碱酯酶抑制剂的设计与开发过程，这些抑制剂是通过合成和评估基于喹啉的杂环化合物实现的。利用一锅缩合反应制备了多杂环4H-吡喃衍生物（4a-f）。这一过程产生了新型喹啉衍生物，包括喹啉-4H-苯并[b]吡喃和喹啉-吡喃并吡唑化合物，并通过多种光谱技术和分析方法对其进行了全面表征，确认了环化反应的成功以及喹啉核心结构的完整性。生物活性评估显示这些化合物具有显著的抗胆碱酯酶活性：化合物4a对乙酰胆碱酯酶（AChE）的抑制活性为IC50 = 16.27 ± 0.65 μM，而化合物4e对丁酰胆碱酯酶（BChE）的抑制活性尤为突出，IC50 = 0.67 ± 0.11 μM，超过了参考药物加兰他敏（Galantamine）的效果。选择性指数分析表明4e和4f对BChE具有高度选择性，而4b则表现出双重抑制作用。分子对接研究揭示了这些化合物与AChE（Ser203、Glu202、Tyr72）和BChE（Ser198、His438、Thr120）催化残基的关键相互作用，进一步支持了实验结果中的选择性特征。本研究强调了这类喹啉-4H-吡喃杂环化合物作为选择性及双重胆碱酯酶抑制剂的多功能、高效支架的潜力，并指出了结构修饰对活性的影响，为开发针对阿尔茨海默病的新治疗药物奠定了基础。未来需要进一步优化和体内实验以提升其效力、选择性和中枢神经系统活性。
引言
药物发现对科学家来说是一项极具挑战性的任务[1]。开发或发现有效且价格合理的药物是研究人员的主要目标之一[2]。用于人类医学的药物具有多种化学组成，其中许多含有杂环结构成分。杂环化合物不仅在有机化学中普遍存在，而且在化学、生物和技术应用方面也具有重要意义。这类重要的有机化合物占目前文献中记载的生物活性分子和药物的70%以上[3]。在各种杂环化合物中，含氧和氮的化合物因其天然丰富性及其广泛的生物学和药用价值而尤为重要。由于杂环结构在药物和天然产物中的普遍存在，构建杂环分子成为有机合成中的关键课题。
现代药物化学专注于设计和创造新的生物活性化合物以用作药物，其主要目标是快速且可持续地实现这一目标。然而，传统的有机合成和优化方法在时间、成本、废物管理及环境影响方面效率低下，这在药物发现的早期阶段构成了瓶颈[4]。为了克服这些挑战，科学家们正在探索现代有机化学、生物有机化学和药物化学中的新合成技术[5]。其中一种技术是分子杂化，它将多个药效团结合到一个分子中，从而创造出具有多种作用模式的化合物[6]。杂环结构常用于设计针对多种靶点的强效且特异性的生物活性物质。在这种情况下，多组分反应（MCRs）已成为药物化学家进行现代药物发现的重要工具[7]。MCRs已被广泛用于合成生物活性杂环化合物，并成为有机化学研究的关键领域，通过结合两个或多个反应在较少步骤内合成复杂分子库，为药物发现过程提供了高效的方法。在神经退行性疾病（如阿尔茨海默病，AD）的治疗领域，杂环杂化物展现了显著的前景[8,9]。阿尔茨海默病的特点是认知功能逐渐衰退，最有效的治疗策略之一是抑制胆碱酯酶（AChE和BChE），以增强胆碱能神经传递[10]。虽然现有药物如加兰他敏主要针对AChE，但新的证据表明，在疾病晚期，抑制BChE的重要性日益凸显，这强调了需要双重或选择性抑制剂以实现更有效的症状缓解。由于结构多样性和药理多功能性，杂环支架在药物发现中备受关注。最近的研究表明，杂环支架可以产生强效且选择性的胆碱酯酶抑制剂。特别是含吡喃的杂环化合物因其结构灵活性及其在胆碱酯酶活性位点内的有利相互作用而受到关注。多项研究显示，对吡喃结构进行修饰不仅会影响AChE/BChE的抑制活性，还会影响关键的药代动力学参数，如亲脂性和血脑屏障通透性[11]。例如，吡喃[2,3-d]吡啶和其他含氧/氮的杂环化合物对胆碱酯酶表现出亚微摩尔级的抑制活性，表明它们作为AD治疗候选物的潜力[12]。此外，多种杂环框架还被探索作为多靶点抑制剂，显示出额外的神经保护和抗神经炎症作用。鉴于这些考虑，以及我们持续关注杂环化学的发展，尤其是生物分子领域，我们的研究团队最近启动了一项新的研究方向，专门致力于合成和评估新型多环衍生物的生物活性，其中喹啉衍生物是关键成分。这项研究的目的是获得具有治疗和生物活性的新化合物[[13], [14], [15], [16], [17]]。我们的研究重点在于探讨基于喹啉的杂环结构的可行性，特别是包含吡喃的结构。通过采用一锅多组分 Domino 方法对该结构进行修饰，我们希望创造出具有潜在药理意义的新生物活性化合物。在此，我们报告了一系列新型喹啉-4H-吡喃杂环化合物的设计与合成过程，该方法通过一锅三组分缩合策略实现了多种喹啉-4H-吡喃衍生物的制备。所得衍生物经过全面表征，并评估了其对AChE和BChE的抑制活性。补充的分子对接研究阐明了结合模式和结构-活性关系，提供了关于选择性和效力的机制见解。这种综合的化学和生物学方法确立了喹啉-4H-吡喃杂环化合物作为开发针对阿尔茨海默病潜在治疗药物的多功能支架的地位。
章节摘录
新型杂环喹啉-4H-吡喃衍生物的合成
本研究展示了一种高效且多功能的多组分合成策略，用于构建包含4H-吡喃、四氢-4H-色烯和吡喃[2,3-c]吡唑框架的杂环化合物。所需的2-氯-3-甲酰-6-氯喹啉衍生物（1）是根据已建立的Vilsmeier–Haack反应合成的[18]。这些化合物作为关键中间体用于后续反应的制备
体外胆碱酯酶抑制活性评估
为了评估新合成的喹啉-4H-吡喃衍生物作为阿尔茨海默病治疗候选物的潜力，对其体外抗胆碱酯酶活性进行了评估。使用Ellman等人描述的标准光谱方法[23]测定了这些化合物对乙酰胆碱酯酶（AChE）和丁酰胆碱酯酶（BChE）的抑制效果。这种成熟的测定方法通过监测酶的水解速率来可靠地量化抑制作用
计算研究结果
对最具活性的化合物4a和4f进行了分子对接研究，以探究它们在人类AChE和BChE催化位点上的结合模式和抑制特性。AChE和BChE的晶体结构数据分别来自蛋白质数据库（PDB代码为4EY6和4BDS）[24,25]。由于测试化合物为外消旋混合物，因此在对接计算中同时考虑了(R)和(S)对映体
材料与方法
所有试剂和溶剂均购自Sigma-Aldrich、Merck和Fluka公司。所有分析和光谱工作均在土耳其马拉蒂亚的伊诺努大学（In?nü University）研究中心完成。测量在室温下进行，溶液为新鲜配制。1H NMR和13C NMR谱图使用Varian As 400 Merkur光谱仪在CDCl3和DMSO-d6介质中记录，扫描频率分别为400 MHz（1H）和100 MHz（13C）。化学位移（δ）以百万分之一（ppm）表示
结论
总之，本研究合成了新型的多杂环杂化化合物——喹啉-4H-吡喃衍生物。这些化合物通过以2-氯-3-甲酰-6-烷基喹啉为生物活性起始材料的一锅反应制备，并与吡喃等不同生物活性分子结合。全面的光谱和质谱分析确认了目标吡喃和吡喃并环结构的形成。体外生物活性评估表明
资金来源
本研究未获得公共部门、商业机构或非营利组织的任何特定资助。
CRediT作者贡献声明
阿卜杜勒·克里姆·桑德利（Abd elKrim Sandeli）：研究、方法学、验证、初稿撰写。赛达·本泽尔卡（Saida Benzerka）：形式分析、项目管理、验证。奈玛·基里-梅里布（Naima Khiri-Meribout）：监督、验证。拉菲克·梅纳塞尔（Rafik Menacer）：数据管理、方法学、软件应用。伊斯梅尔·奥兹德米尔（?smail ?zdemir）：研究、软件应用、监督。查维基·本苏伊西（Chawki Bensouici）：方法学、验证。侯赛姆·布勒布德（Houssem Boulebd）：研究、方法学、软件应用、验证。
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
本研究中使用的超级计算资源得到了UCI-UFMC（康斯坦丁弗雷雷斯门图里大学计算部门，Unité de Calcul Intensif）的支持。
