氨基烷基吲哚衍生物的结构优化与抗惊厥作用评估

《Biomedicine & Pharmacotherapy》：Structural optimization and anticonvulsant evaluation of aminoalkyl indole derivatives

　　

胡迪|梅甜甜|洪云|余金玲|王莹|刘浩|刘大川

中国蚌埠市蚌埠医学院药学院

摘要

通过Friedel–Crafts酰化反应 followed by亲核取代反应，合理设计并合成了22种新的氨基烷基吲哚衍生物，这些化合物以大麻素受体2（CB2R）为靶点，旨在开发新的抗惊厥疗法。通过对吲哚C-3位的环庚烷羰基结构以及N-1位的氨基烷基侧链进行系统性的结构优化，以平衡CB2R亲和力、亚型选择性、脂溶性以及血脑屏障通透性。体外药理研究表明，化合物6d是一种高效且选择性的CB2R激动剂（EC??=4.00 nM），其对CB1受体的功能选择性约为46倍。在皮下戊四氮惊厥模型中，化合物6d显示出良好的抗惊厥效果（ED??=21.28 mg/kg，腹腔给药），其保护指数PI为21.28，在效力和安全性方面均优于参考药物卡马西平。此外，化合物6d还具备良好的药代动力学特性，包括适中的血脑屏障通透性、在小鼠肝微粒体中具有可接受的代谢稳定性、足够的脑组织与血浆浓度比值，以及在治疗浓度下对HepG2细胞的细胞毒性可忽略不计。另外，类似物6g在最大电击模型中也表现出一定的活性，并且安全性良好。这些研究结果表明，环庚烷羰基吲哚骨架是开发具有脑穿透性、能选择性作用于CB2R的抗癫痫药物的优质先导结构。

引言

癫痫是一种慢性神经系统疾病，其特征是由于大脑神经元异常放电而导致的反复发作的无诱因惊厥，全球约有5‰至8‰的人口受到影响。该疾病带来的负担十分沉重，会导致患者出现严重的残疾、较高的死亡率，以及对患者及其家庭造成深远的社会经济影响[1]、[2]。药物治疗仍是癫痫管理的核心手段；然而，目前的抗惊厥药物主要通过调节电压门控离子通道、增强GABA能抑制作用或减弱谷氨酸能兴奋作用等对症机制发挥作用[3]。尽管已有多种不同类别的治療药物，但仍然存在一个重大局限：约30%的患者会发展为药物难治性癫痫，这一现象是由靶点改变、遗传易感因素以及神经炎症过程等多种因素共同造成的[4]、[5]、[6]、[7]、[8]。此外，传统的抗惊厥药物往往缺乏神经保护或改变疾病进程的作用，无法有效解决由反复惊厥引起的神经元损伤所伴随的认知和心理问题。因此，迫切需要新型治疗药物，这类药物不仅能够有效控制惊厥，还能促进神经元恢复，并具有更好的安全性。

内源性大麻素系统（ECS）已成为开发创新抗癫痫药物的一个极具潜力的靶点。这一复杂的神经调节系统由大麻素受体（CB1和CB2）、内源性配体以及代谢酶组成，它在调控神经元兴奋性、突触传递以及神经炎症反应方面起着关键作用[9]。早期的研究主要聚焦于CB1受体，因为它在中枢神经系统中有广泛的分布。然而，CB1激动剂的治疗作用因其具有成瘾潜力、焦虑情绪及认知功能损害等精神活性副作用而受到严重限制[10]。相比之下，CB2受体则是一个更具吸引力的治疗靶点。在生理状态下，CB2受体在中枢神经系统中的表达水平较低，但在癫痫和神经炎症等各种病理状态下其表达量会显著上升[11]。与CB1受体主要存在于突触前不同，CB2受体主要位于突触后，这一差异被认为与其具有神经保护作用有关，且不会像CB1激活那样带来不良的精神效应[12]、[13]、[14]。临床前研究充分证明了激活CB2受体具有抗癫痫潜力；诸如JWH-015之类的选择性CB2激动剂在多种动物模型中均展现出降低惊厥严重程度、减轻神经元损失以及改善预后等效果[15]、[16]、[17]、[18]、[19]，从而进一步确立了CB2R作为下一代抗惊厥药物的重要靶点。

在各种合成的大麻素受体配体中，氨基烷基吲哚因其较高的结合亲和力以及明确的构效关系而备受关注。其中的代表性物质包括WIN 55,212-2（一种同时作用于CB1/CB2的激动剂）和JWH-015（一种以CB2为优先作用目标的激动剂），这两种物质都属于这一化学类别，并且在临床前研究中均显示出显著的抗惊厥作用[20]、[21]、[22]。构效关系分析表明，吲哚核心结构C-3位上的脂溶性芳基羰基基团（例如萘酰基）以及N-1位上的取代氨基烷基链是决定CB2受体亲和力和选择性的关键因素[23]。值得注意的是，吲哚核本身也具有天然的抗惊厥活性，这进一步凸显了这一结构框架的潜在治疗价值。不过，传统的含萘酰基的氨基烷基吲哚往往存在代谢稳定性差以及潜在的神经毒性问题，这限制了其在临床中的应用[24]。

基于上述考虑，本研究旨在设计并合成新型氨基烷基吲哚衍生物，作为选择性作用于CB2受体的抗惊厥药物。我们选择氨基烷基吲哚骨架作为核心结构，并以已有一定研究基础的配体WIN 55,212-2和SDB-001作为结构模板，进行合理的药物设计[25]、[26]。如图1所示，我们的优化策略集中在两个关键的药效团部位进行系统性改造：（i）C-3位上与羰基相连的取代基，我们引入了环庚烷羰基基团来替代传统的萘酰基，以此降低与CB1受体的交叉反应，提高代谢稳定性，并减少神经毒性；（ii）N-1位的氨基烷基侧链，我们对其进行了多样化修饰，以调节脂溶性（logP值）、提升血脑屏障通透性，进而优化CB2受体结合亲和力及亚型选择性。这些结构改造是通过Friedel–Crafts酰化反应 followed by亲核取代反应实现的。

共合成了22种新型衍生物，并通过多级筛选流程对其进行了全面评估。这些评估包括：（i）体外CB2结合亲和力及功能活性检测（cAMP调节作用），用以确认药物能否与靶点结合以及是否具有激动剂效应；（ii）物理化学性质分析（logP值、溶解度以及化学稳定性），用于判断该化合物是否适合进一步开发；（iii）在两种标准小鼠惊厥模型——皮下戊四氮试验和最大电击试验中检测其体内抗惊厥效果，以此证明该化合物的可行性；（iv）急性神经毒性评估（旋转棒测试及死亡率），用以确定该化合物的治疗指数和安全范围。这种综合性的评估方法旨在筛选出兼具强大CB2介导的抗惊厥活性、良好药代动力学特性以及安全优势的候选药物。在这一系列化合物中，化合物6d被认定为一种高效且选择性的CB2激动剂，它不仅具有不错的疗效，还具有较好的药物开发潜力以及出色的安全性，因此被选为后续临床前研究的重点对象。

章节节选

化学部分

为了研究其构效关系，我们合成了一系列氨基烷基吲哚衍生物，这些化合物有望作为针对CB2受体的抗惊厥药物。我们对吲哚的C-3位和N-1位进行了选择性的结构修饰，相关的合成路线如图1和图2所示。两种关键的吲哚中间体（中间体2和中间体5）是通过AlCl?催化的Friedel-Crafts酰化反应制备的：首先将相应的羧酸

结论

本研究表明，环庚烷羰基吲哚骨架可作为开发安全性更高的CB2靶向抗惊厥药物的理想结构基础。通过合理的结构设计以及系统的结构优化，化合物6d被选为本系列研究中的最佳候选分子，它具有很高的CB2选择性、显著的抗惊厥活性以及较大的安全窗口。这与传统抗癫痫药物通常具有较窄的治疗窗口的情况有所不同

实验方法概述

所有起始材料及溶剂均为市售的分析级或化学级试剂，除非另有说明，均直接使用，无需进一步纯化。

¹H和¹³C核磁共振波谱是在Bruker AVANCE III 400 MHz波谱仪上测得的。

化学位移值（δ）是以四甲基硅烷（TMS）作为内标时的百万分比数值表示的，或者以残留溶剂峰作为参照（CDCl?：δ=7.26 ppm用于¹H NMR测定，77.16 ppm用于¹³C NMR测定；DMSO?d?：

CRediT作者贡献说明

胡迪：论文撰写——初稿撰写，数据可视化，正式分析，数据整理。 梅甜甜：论文撰写——初稿撰写，软件使用，实验资源准备，实验开展，正式分析。 洪云：结果验证，项目监督，软件使用，实验开展。 余金玲：数据可视化，结果验证，方法学设计，实验开展。 王莹：软件使用，实验资源准备，方法学设计。 刘浩：论文撰写——审稿与编辑，数据可视化，项目监督，资金筹集。 刘大川：论文撰写——审稿与编辑，项目监督，项目整体管理

利益冲突声明

作者们声明不存在任何可能影响本文研究结果的潜在利益冲突。

资金支持

本研究得到了以下机构的资助：安徽省生化制药工程技术创新中心（编号：2023SYKFD06）；蚌埠医学院本科生创新创业训练计划（项目编号：bydc2024054）；安徽省本科生创新创业训练计划（项目编号：S202510367155）以及安徽省新时代教育质量工程（项目编号：2024zyxwjxalk189）。

利益冲突声明

作者们声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。