具有强胆碱酯酶抑制活性且神经元毒性较低的新型二芳基醚-酚类曼尼希碱衍生物的研制

《Bioorganic Chemistry》：Development of novel Diaryl ether–phenolic Mannich Base derivatives with potent cholinesterase inhibition and low neuronal toxicity

　　

摘要

阿尔茨海默病是一种进行性神经退行性疾病，其特征为胆碱能功能障碍，因此乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶成为极具潜力的治疗靶点。在本研究中，研究人员合理设计、合成了12种含有二芳基醚骨架的新型酚类曼尼希碱衍生物肼类化合物，并将其作为胆碱酯酶抑制剂进行评估。所有合成化合物对两种胆碱酯酶都具有很强的纳米摩尔级抑制作用，其K_i值分别为：AChE为24.27至98.56纳摩尔，BChE为28.68至148.41纳摩尔。其中化合物5是效力最强的AChE抑制剂（K_i = 24.27纳摩尔），而化合物6则表现出最强的BChE抑制活性（K_i = 28.68纳摩尔）。这两种化合物的抑制效力均显著高于参考抑制剂他克林和多奈哌齐。酶动力学研究表明，所有化合物均为竞争性抑制剂。针对SH-SY5Y神经元细胞的细胞毒性测试显示，这些化合物的毒性较低，IC₅₀值在33.41至46.79微摩尔之间，说明在远低于影响神经元存活浓度的条件下即可实现有效的胆碱酯酶抑制作用。分子对接和分子动力学模拟结果显示，活性最强的化合物能够通过持续的氢键、阳离子-π相互作用以及π-π相互作用与两种酶的催化位点残基稳定结合。MM-GBSA分析及能量分解分析进一步证实了它们具有良好的结合亲和力。此外，这些合成化合物还具备较好的药代动力学特性，包括有利于跨血脑屏障以及口服吸收的参数。综上所述，酚类曼尼希碱衍生物肼类化合物有望成为开发用于治疗阿尔茨海默病的新型胆碱酯酶抑制剂的候选药物。

引言

阿尔茨海默病是一种进展性且由多种因素引发的神经退行性疾病，其表现为认知能力下降、记忆障碍以及行为异常。它是全球范围内导致痴呆的最常见病因[1]。尽管已有大量研究，但阿尔茨海默病的确切病理机制仍然十分复杂，涉及多种相互关联的途径，如β-淀粉样蛋白聚集、tau蛋白过度磷酸化、氧化应激以及胆碱能功能障碍等[2]。在这些机制中，胆碱能假说备受关注，该假说指出患者认知功能受损与乙酰胆碱水平下降密切相关。在此背景下，抑制负责乙酰胆碱水解的关键酶已成为一种经过临床验证、用于缓解阿尔茨海默病症状的有效治疗策略[3]、[4]。

乙酰胆碱酯酶是中枢神经系统中负责快速水解乙酰胆碱的主要酶，它在突触间隙中起着终止胆碱能神经传递的关键作用。通过调节突触内的乙酰胆碱水平，乙酰胆碱酯酶直接参与学习和记忆等认知过程，而这些认知功能在神经退行性疾病中会出现严重受损[5]。相比之下，丁酰胆碱酯酶的底物特异性更广，但在健康大脑的生理状态下，它对乙酰胆碱水解的贡献相对较小。然而，在阿尔茨海默病的晚期，丁酰胆碱酯酶的作用变得愈发重要，它能部分弥补乙酰胆碱酯酶活性的下降，进一步加剧胆碱能功能的缺失[6]、[7]。因此，乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶都被视为重要的治疗靶点，同时调控这两种酶的活性也成为了缓解该疾病症状的研究方向[8]。

目前已有几种胆碱酯酶抑制剂被批准用于阿尔茨海默病的症状治疗，包括多奈哌齐、利斯明、加兰他敏和他克林。这类药物主要通过抑制乙酰胆碱酯酶来提高突触内的乙酰胆碱水平，对丁酰胆碱酯酶的抑制作用则相对较弱。不过，这些药物在临床应用中存在诸多局限性，比如可能引发恶心、呕吐、腹泻、肝毒性等不良反应，且在疾病晚期治疗效果较差[9]。正是由于这些限制，人们开始寻求具有更高效力、更好选择性和更低安全风险的新型胆碱酯酶抑制剂。

含叔胺的结构被广泛认为是胆碱酯酶抑制作用中的关键药效团[10]、[11]、[12]。临床上使用的胆碱酯酶抑制剂他克林、利斯明和加兰他敏的结构中也包含叔胺基团（见图1）。酚类曼尼希碱是一类含有可质子化的叔胺官能团的化合物[13]。这类可质子化的叔胺能够通过离子键和阳离子-π相互作用与胆碱酯酶的阴离子位点，尤其是催化活性位点发生结合[9]、[14]，这种相互作用对于将配体固定在酶的活性位点中至关重要。此外，胆碱酯酶的周围阴离子位点也在配体结合以及调节酶活性方面发挥着重要作用，尤其在阿尔茨海默病中更为显著[15]。相关文献中也有多项关于酚类曼尼希碱胆碱酯酶抑制作用的研究报道（见图1）[9]、[16]、[17]、[18]。正因如此，酚类曼尼希碱作为胆碱酯酶抑制作用中常用的药效团，受到了广泛关注。

本研究通过整合三种关键结构元素——酚类曼尼希碱片段、二芳基醚骨架以及肼类连接基团，旨在开发出新型胆碱酯酶抑制剂。选择酚类曼尼希碱结构，是因为它能够形成可质子化的叔胺中心，这一结构有助于通过离子键和阳离子-π相互作用与胆碱酯酶的催化活性位点形成强相互作用，从而提升与两种胆碱酯酶的结合亲和力并增强抑制效果。二芳基醚骨架则被选为刚性且亲脂性较强的结构，有助于在酶的芳香环区域形成良好的疏水作用和π-π堆叠作用，同时还能使药效团处于最佳空间位置，从而实现与催化活性位点和周围阴离子位点的同步有效结合。肼类连接基团则作为一种多功能连接单元，能够在保持分子整体平面结构的同时，为各个药效团提供构象灵活性，此外其还具有与酶活性位点中的氨基酸残基形成氢键的能力，进而进一步稳定配体-酶复合物。预计这三种结构元素的组合能够产生具有更强抑制活性的杂化分子。

章节节选

化学部分

在本研究中，研究人员合成了12种新的酚类曼尼希碱衍生物，以此研究它们的胆碱酯酶抑制作用。首先，甲基对苯甲酸在碳酸钾的存在下与2-溴-3-(三氟甲基)吡啶发生反应，生成含有二芳基醚结构的酯类中间体[19]。随后，将该酯类中间体与水合肼反应，得到相应的二芳基醚基肼类化合物(DAE)。在第二步中，

结论

本研究成功设计、合成了一系列含有二芳基醚骨架的新型酚类曼尼希碱衍生物肼类化合物，并对其作为阿尔茨海默病胆碱酯酶抑制剂的潜力进行了生物学评估。这些合成化合物对乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶都表现出显著的抑制活性，其中某些衍生物的抑制效果甚至优于参考抑制剂他克林和多奈哌齐。特别是化合物5被认定为效力最强的AChE抑制剂，而化合物6则

化学部分

本研究中所使用的所有试剂和溶剂均购自商业供应商，无需进一步纯化即可直接使用。¹H和¹³C核磁共振谱是使用布鲁克公司的光谱仪在500 MHz和125 MHz频率下检测得到的。化学位移值(δ)以百万分比表示，以四甲基硅烷（TMS，δ = 0.00 ppm）作为内标，DMSO-d₆和CDCl₃则作为氘代溶剂。高分辨率质谱数据则是通过赛默飞世尔科技公司的Q Exactive? Hybrid仪器获取的

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Halil ?enol： 文章撰写——初稿撰写、结果验证、软件应用、资源准备、实验研究、正式分析、数据整理、概念构思。Yeliz Demir： 文章撰写——初稿撰写、结果验证、资源准备、实验研究、正式分析、数据整理。Pelin Tokal?： 文章撰写——初稿撰写、方法设计、实验研究、正式分析、数据整理。Ay?e Merve ?enol： 文章撰写——初稿撰写、结果验证、软件应用、实验研究、正式分析、数据整理。Onur Aky?ld?r?m： 文章撰写——初稿撰写

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土耳其伊斯坦布尔法提赫区贝兹米亚莱姆瓦基夫大学药学院药物化学系，邮编34093