具有抗兴奋性毒性神经保护作用的犬尿氨酸衍生物硼配合物

《Journal of Organometallic Chemistry》：Kynurenine-derived boron complexes with neuroprotective effect against excitotoxicity

　　

Pablo Martínez-Sandoval|Emilio Cuevas-Galindo|Anaid Rubio-Velázquez|Claudia Alva-Sánchez|Pablo Labra-Vázquez|Sandra M. Rojas-Montoya|Alejandro García-Carrancá|Rosa Santillan|Norberto Farfán|José Trujillo-Ferrara

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  研究发现，由色胺酸衍生的硼复合物（OABs）具有抗谷氨酸能作用，并能保护中枢神经系统中的神经元。
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  通过计算机模拟研究显示，这类复合物在中枢神经系统内具有适宜的药代动力学特性，且能与谷氨酸受体mGluR1、mGluR2和mGluR7高亲和力结合。
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  体外细胞存活实验表明，这些复合物在相关细胞系中具有较低的细胞毒性，其中复合物2还能提升胶质细胞的存活率。
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  在动物模型中，这类复合物能够拮抗喹啉酸引发的急性兴奋性毒性反应。
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  离体组织学分析显示，复合物1和复合物2能在海马体、大脑皮层和纹状体中提供显著的神经保护作用。

引言

兴奋性毒性是指兴奋性神经递质产生的有毒作用，会导致神经元损伤或死亡。引发兴奋性毒性的机制包括钙离子和L-谷氨酸代谢及信号传导的紊乱、谷氨酸能受体的异常、氧化应激以及谷氨酸再摄取转运蛋白的功能障碍[1]。这是一种与神经元功能失调相关的现象，不属于独立的疾病类型，因此无法直接诊断。在神经退行性疾病、中枢神经系统损伤、情绪障碍以及精神分裂症的发病和发展过程中，都存在由兴奋性毒性引起的神经元损伤[2,3]。为此，人们研发出了多种抗谷氨酸能药物来调控兴奋性神经递质的传递。然而，由于这些药物可能会引发幻觉、血管并发症以及离子通道阻断导致的麻醉等严重不良反应，它们并未被作为一线治疗手段[4]。

在这一背景下，芳香族α-氨基酸L-色氨酸的代谢途径——色胺酸途径，与兴奋性毒性密切相关。该途径在正常情况下主要在肝脏肝细胞中发挥作用。在炎症状态下，小胶质细胞、浸润的巨噬细胞以及中枢神经系统中的胶质细胞也会激活这一途径。在神经退行性疾病、中风以及各类精神心理疾病中，色胺酸途径的代谢产物——色胺酸类物质的浓度会升高。此外，它们还会形成正反馈循环，加剧神经炎症，而兴奋性毒性则是这一循环中的核心因素。在各类色胺酸类物质中，吡啶衍生的喹啉酸和吡啶甲酸因其对兴奋性毒性作用的相反影响而备受关注[[5], [6], [7]]。

在生理状态下，喹啉酸的共轭碱喹啉酸盐参与烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的生物合成。由于其结构与D-天冬氨酸相似，喹啉酸盐可作为中枢神经系统N-甲基-D-天冬氨酸受体的激动剂，从而增强兴奋性神经递质的传递。当其浓度过高时，则会转化为兴奋性毒素，导致离子型谷氨酸受体过度活化，进而提高神经元的兴奋性，最终引发细胞死亡[5,[8], [9], [10], [11]]。相比之下，实验研究表明，吡啶甲酸的共轭碱吡啶甲酸盐具有神经保护作用，尤其能够在动物模型中减轻喹啉酸引发的兴奋性毒性。由于吡啶甲酸盐的结构与甘氨酸相似，有研究推测它可能通过调节甘氨酸介导的抑制性神经递质传递，或作为NMDA受体的竞争性拮抗剂发挥作用——因为甘氨酸可在与L-谷氨酸不同的结合位点上充当共激动剂。不过，吡啶甲酸盐发挥神经保护作用的具体分子机制仍有待进一步阐明[7,11,12]。

含硼化合物因其生物相容性以及独特的类金属化学性质，在生物医学研究中备受关注。这类化合物能够与多齿配体形成稳定的复合物。由于其光学特性，这类螯合环已被用于诊疗领域；同时，相较于游离碱配体，它们还具有更高的生物活性和更好的药效学表现，因此也被视为潜在的药物候选物。值得注意的是，由α-氨基酸衍生的2,2-二苯氧唑硼烷类化合物在中枢神经系统中也表现出活性，这种活性很可能源于它们与离子型及代谢型受体的相互作用。由L-谷氨酸衍生的这类复合物能够激活NMDA受体，增加神经元的动作电位发放频率；而由L-色氨酸和L-多巴衍生的、体外毒性较低的这类复合物，则能改善阿尔茨海默病和帕金森病模型中的认知及运动功能[[13], [14], [15], [16], [17], [18]]。

基于上述研究思路和已有成果，本研究通过计算机模拟、体外实验、体内实验以及离体实验等方法，探讨了基于色胺酸的2,2-二苯氧唑硼烷类化合物的抗谷氨酸能及神经保护作用。图1展示了所研究的三种硼复合物的结构。

前两种硼复合物是由具有吡啶结构的色胺酸类物质衍生而来的：吡啶甲酸衍生的PA-OAB（复合物1）和喹啉酸衍生的QA-OAB（复合物2）。第三种硼复合物则是由喹啉酸的异构体——卢蒂丁酸衍生的LA-OAB（复合物3），其结构与L-谷氨酸相似。尽管我们之前的研究显示，当剂量超过100毫克/千克时，复合物2会产生兴奋性毒性作用，但直到现在才发现它也具有抗谷氨酸能的作用[19]。

章节要点

计算机模拟：药代动力学特性及与谷氨酸受体的结合情况

研究人员使用SwissADME数据库分析了这三种目标硼复合物的结构，根据其物理化学性质预测了相应的药代动力学特征[20]。所有这类硼复合物都符合“利平斯基五项标准”，即分子量低于500毫克/毫摩尔，辛醇/水分配系数对数值低于5，氢键受体数量少于10，氢键供体数量少于5，具备药物的基本特征[21]。此外，这三种复合物也符合SwissADME提出的有利于经肠道给药的各项标准。实验结果为

结论

本研究合成的三种硼复合物均具有抗谷氨酸能及神经保护作用。这些作用可能与这些复合物与mGluR1、mGluR2或mGluR7受体的相互作用有关，这类相互作用或许能够减轻谷氨酸受体的过度活化。虽然这些观察结果可能源于这些复合物与受体的直接结合，但还需要进一步的实验来明确其作用机制。在体内和离体实验中都观察到，复合物1和复合物2的效果优于对照药物MEM，且能够

化学品、合成方法及表征

本研究所用的试剂包括2-APB、吡啶-2-羧酸、吡啶-2,3-二羧酸、吡啶-2,4-羧酸，以及抗谷氨酸能药物盐酸美金刚和用于水溶液静脉给药的溶剂，这些试剂均从墨西哥托卢卡的Sigma-Aldrich Química公司购买，无需进一步纯化即可使用。用于化学合成的溶剂则从商业供应商处采购，使用前需经过蒸馏处理。此外，研究还使用了抗谷氨酸能药物利鲁唑

CRediT作者贡献说明

Pablo Martínez-Sandoval：负责文章的初稿撰写、方法设计、实验实施以及数据整理与分析工作。Emilio Cuevas-Galindo：负责文章的初稿撰写、方法设计、实验实施以及概念构思工作。Anaid Rubio-Velázquez：负责文章的初稿撰写、方法设计、实验实施以及数据整理与分析工作。Claudia Alva-Sánchez：负责文章的审阅与编辑工作以及方法设计工作。Pablo Labra-Vázquez：负责文章的初稿撰写以及数据整理工作。Sandra M. Rojas-Montoya：负责文章的审阅与编辑工作以及方法设计工作。Alejandro