黄酮类-DPCI杂化物靶向BACE1/QC/ROS的多功能抑制剂的设计、合成与评价

《Results in Chemistry》：Design, synthesis, and evaluation of multifunctional inhibitors targeting BACE1/QC/ROS

　　

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）是一种多因素神经退行性疾病，主要特征为海马体和皮层中淀粉样β（amyloid-β, Aβ）斑块与过度磷酸化Tau蛋白神经原纤维缠结的存在，以及神经组织的氧化应激。鉴于AD复杂的病理生理学，同时针对多个病理通路的治疗策略可能提供更大疗效。在此，研究人员采用多靶点定向配体（multi-target-directed ligand, MTDL）策略，设计合成了系列靶向β位点淀粉样前体蛋白切割酶1（β-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1, BACE1）、谷氨酰环化酶（glutaminyl cyclase, QC）和活性氧（reactive oxygen species, ROS）的黄酮类–DPCI杂化物。这些杂化物整合了用于BACE1抑制和ROS清除的黄酮类基序与用于QC中Zn2+螯合的5-甲基-咪唑基团。化合物对所有三个靶点均表现出强效活性；代表性先导化合物30显示出平衡的抑制效力，对BACE1的IC50值为8.76?μM，对QC的IC50值为2.25?μM，并具有良好的抗氧化能力。构效关系（structure–activity relationship, SAR）和分子对接分析证实了化合物与其靶点之间的协同相互作用。这些发现表明黄酮类–DPCI杂化物是有前景的多功能抑制剂，为AD提供了一种新颖的治疗策略。

研究背景方面，阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）作为一种多因素神经退行性疾病，其病理生理学特征包括淀粉样β（amyloid-β, Aβ）斑块积累、过度磷酸化Tau蛋白神经原纤维缠结、慢性脑炎症及氧化应激，全球患病人数持续增长且关键发病机制尚未完全明确。目前单一靶点治疗存在局限，如BACE1抑制剂Verubecestat和Lanabecestat临床失败且不良反应明显，QC（glutaminyl cyclase, 谷氨酰环化酶）催化的焦谷氨酸化Aβ（pyroglutamate-Aβ, pE-Aβ）具有更高神经毒性，ROS（reactive oxygen species, 活性氧）过度积累加剧神经元损伤，因此需同时干预多病理通路的多靶点定向配体（multi-target-directed ligand, MTDL）策略成为研究方向。研究人员基于此设计合成黄酮类-DPCI杂化物，整合黄酮类基序的BACE1抑制与ROS清除功能及5-甲基-咪唑基团的QC中Zn²⁺螯合能力，旨在开发同时靶向BACE1、QC和ROS的多功能抑制剂，论文发表于《Results in Chemistry》。该研究发现化合物对三靶点均有强效活性，代表性化合物30对BACE1的IC₅₀为8.76?μM、对QC为2.25?μM且抗氧化能力良好，构效关系（structure–activity relationship, SAR）与分子对接证实协同作用，为AD治疗提供新策略。

关键技术方法包括：采用荧光共振能量转移（fluorescence resonance energy transfer, FRET）法评估BACE1抑制活性，串联荧光法结合H-Gln-AMC底物与焦谷氨酸肽酶评估QC抑制活性，铁还原抗氧化能力（ferric reducing antioxidant power, FRAP）法测定总抗氧化能力；利用Molecular Operating Environment（MOE）软件进行分子对接，基于PDB ID: 3PBB（QC）和6EQM（BACE1）晶体结构完成蛋白制备与柔性对接；通过核磁共振（¹H NMR、¹³C NMR）、高分辨电喷雾质谱（HRMS(ESI)）和高效液相色谱（HPLC）进行化合物结构表征与纯度确认。

研究结果部分，2.1. Chemistry中研究人员基于MTDL策略设计黄酮类-DPCI杂化物，黄酮类基序占据BACE1结合口袋并清除ROS，5-甲基-咪唑基团螯合QC活性位点Zn²⁺，通过中间体II与V/VII在乙醇/10% NaOH中反应合成目标化合物1–38，明确合成路线各步骤试剂与条件。2.2. Screening and SAR analysis of compounds as multifunctional inhibitors targeting BACE1/QC/ROS中，通过体外活性筛选得出：BACE1抑制以对位（para-）取代最优（如化合物17 IC₅₀ 4.83?μM），R₁引入1,3-乙氧基增强活性；QC抑制以间位（meta-）取代更优（如化合物8 IC₅₀ 1.59?μM），5-甲基-咪唑为Zn²⁺结合关键基团；抗氧化以对位取代及R₁烷氧基取代更强（化合物11 T-AOC 2.97?mM），NH基团贡献抗氧化潜力；分子对接显示化合物17通过5-甲基-咪唑与BACE1的ASP32/ASP228氢键、黄酮环与GLY11/LYS321作用增强结合，化合物8通过咪唑螯合QC的Zn²⁺并与ASP248、TYR299形成氢键稳定结合，化合物30同时与两靶点形成多重相互作用，证实杂化物双靶向特征。

讨论部分总结，研究人员开发的黄酮类-DPCI杂化物同时实现BACE1抑制、QC抑制与抗氧化，构效关系源于两靶点活性位点拓扑差异（BACE1 elongated hydrophobic活性位点适对位取代，QC窄入口适间位取代），黄酮类增强QC结合 via π-π堆积与氢键，三重靶向协同干预Aβ生成、pE-Aβ形成与氧化应激，优于单一靶点治疗，杂化物具非肽小分子特性与潜在血脑屏障穿透性，为代表性多功能MTDLs。

结论部分翻译为：在此，研究人员开发并评估了基于系列靶向BACE1、QC和ROS的黄酮类-DPCI杂化物的新型多功能抑制剂。所生成的化合物在所有三个靶点上均表现出强效抑制活性。黄酮类与5-甲基-咪唑基序的协同效应通过分子对接分析进一步证实。综上，这些发现表明此类杂化物可能作为AD治疗的有前景的MTDLs（multi-target-directed ligands），最终旨在同时解决Aβ斑块形成与氧化应激问题。未来研究将聚焦于优化药代动力学性质与评估体内功效以推进这些候选物，还将探索额外衍生物以改善选择性与治疗谱。