《Future Journal of Pharmaceutical Sciences》：Pyrazolo[3,4-b]pyridine: a privileged scaffold for the synthesis of anti-Alzheimer’s agents
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阿尔茨海默病（AD）是公认的导致痴呆的最常见神经退行性疾病，可引发多种认知功能障碍。尽管AD的确切发病进程尚未完全阐明，但其核心病理机制涉及胆碱能假说、β-淀粉样蛋白（Aβ）假说以及过度磷酸化的tau蛋白形成神经原纤维缠结（NFTs）等关键环节。吡唑并[3,4
阿尔茨海默病（AD）是公认的导致痴呆的最常见神经退行性疾病，可引发多种认知功能障碍。尽管AD的确切发病进程尚未完全阐明，但其核心病理机制涉及胆碱能假说、β-淀粉样蛋白（Aβ）假说以及过度磷酸化的tau蛋白形成神经原纤维缠结（NFTs）等关键环节。吡唑并[3,4-b]吡ridine衍生物在AD治疗与管理中已展现出显著的治疗潜力。研究人员系统梳理了AD的致病机制，汇总了已报道的吡唑并[3,4-b]吡啶类抗AD候选化合物的结构类型与作用特点，并详细阐述了其合成路线。此外，研究人员还开展了系统的构效关系（SAR）研究，明确了基于吡唑并[3,4-b]吡啶骨架设计多靶点定向配体（MTDL）的关键结构要求，为后续抗AD药物研发提供了理论依据。
概述
自希腊-罗马时期起，痴呆即被视为一种与衰老相关的疾病，19世纪被正式归类为精神疾病。1906年Alois Alzheimer首次识别AD时，该疾病仅被视为老年性痴呆的一种类型。目前AD已被确认为导致痴呆的最主要的神经退行性疾病，其病理进程在症状出现前约20年即已启动。疾病初期患者仅表现为轻微的行为改变，随病程进展逐渐出现记忆丧失、语言障碍、学习困难等典型认知症状，其病理基础为神经元损伤，且损伤范围从海马、新皮层逐渐扩展至全脑，最终导致患者丧失基本生理功能并死亡。流行病学数据显示，2030年全球AD患病人数预计达6570万，2050年可能翻倍。吡唑并[3,4-b]吡啶骨架在AD治疗中展现出明确的应用价值，本综述按发表时间顺序系统梳理AD的致病机制及该类衍生物作为抗AD候选药物的研发现状。
AD相关假说
AD的发病机制尚未完全阐明，目前公认的核心假说包括胆碱能假说、Aβ假说、过度磷酸化tau蛋白假说，此外还存在其他潜在治疗靶点。
胆碱能假说
该假说认为乙酰胆碱（ACh）缺乏是AD患者认知功能快速衰退的核心原因。胆碱乙酰转移酶（ChAT）催化乙酰辅酶A与胆碱合成ACh，ACh通过结合离子型烟碱受体（nAChRs）或代谢型毒蕈碱受体（mAChRs）启动神经传递。其中nAChRs主要分布于中枢神经系统（CNS），mAChRs主要分布于外周神经系统（PNS）。乙酰胆碱酯酶（AChE）与丁酰胆碱酯酶（BuChE）负责水解ACh生成乙酸与胆碱，后者被突触前神经元重摄取用于ACh再合成。AD的核心病理改变之一是ACh水平降低，其机制包括ACh降解过度、合成减少及胆碱受体脱敏。因此，抑制AChE与BuChE活性或激动nAChRs是延缓AD认知衰退的重要策略。
胆碱受体
nAChRs是由5个同源或异源亚基组成的配体门控半胱氨酸环离子通道，哺乳动物脑内已鉴定出11种亚基（α2-α7、α9、α10、β2-β4），不同亚基组合形成具有不同功能的五聚体离子通道。其中α7与α4β2亚型分布最为广泛，α7同源受体具有快速激活与脱敏特性，且钙通透性高；α4β2亚型功能与之不同。α7受体激活可抑制Aβ聚集，减少老年斑形成，因此nAChRs激动剂是重要的研发方向。mAChRs属于G蛋白偶联受体（GPCRs），包含5个跨膜结构域（M1-M5），其中M1与M2受体与β-分泌酶活性调控相关，其缺失会激活β-分泌酶，增加Aβ肽生成；M1/M3亚组参与ACh介导的认知功能，其激活可通过蛋白激酶C（PKC）通路抑制糖原合成酶激酶3β（GSK3β），减少tau蛋白过度磷酸化，同时抑制β-分泌酶、促进α-分泌酶活性，增加可溶性淀粉样肽生成，还可改善脑血流并抑制神经元凋亡。
胆碱酯酶（ChE）
ChE包含AChE与BuChE两种亚型，序列同源性约50%，AChE主要分布于中枢与外周神经系统，BuChE主要分布于肝脏与血浆。健康脑及AD早期，AChE是选择性水解ACh的主要酶；随AD进展，BuChE逐渐成为ACh降解的主要酶，AD患者皮层与海马中BuChE活性升高2倍，AChE活性降低45%。人源AChE与BuChE的晶体结构显示，其活性位点由底部的催化活性位点（CAS）与入口处外周阴离子位点（PAS）通过峡谷连接。CAS由Trp86、Gly120、Gly121、Ser203、Phe295、Phe297、Glu334、Pro446、His447等残基组成，参与ACh水解与阳离子-π相互作用；PAS由Tyr72、Asp74、Tyr124、Trp286等残基组成，参与底物结合稳定性维持。AChE的PAS可通过疏水环境结合Aβ，促进Aβ纤维形成并增强其神经毒性，因此同时结合CAS与PAS的双位点AChE抑制剂可同时抑制ACh水解与Aβ聚集，成为更具潜力的抗AD策略。BuChE缺乏PAS，无法形成AChE-Aβ复合物。
Aβ假说
Aβ生成与聚集是AD病理级联反应的核心起始事件，寡聚态Aβ可触发神经元死亡与痴呆。Aβ可与Fe2+、Zn2+、Cu2+等生物金属结合，加速聚集并产生活性氧（ROS），导致脂质、蛋白质、核酸等生物大分子氧化损伤。Aβ还可激活小胶质细胞，持续的神经炎症反应进一步加剧神经元损伤与脑萎缩。靶向环氧化酶（COX-1、COX-2、COX-3）、脂氧合酶（12-/15-LOX）及肿瘤坏死因子α（TNF-α）等炎症相关靶点已被证实可缓解AD病理进程。
β-淀粉样前体蛋白（APP）经α、β、γ分泌酶切割产生Aβ肽。非淀粉样生成途径中，α-分泌酶切割APP生成可溶性APPα与C83片段，后者经γ-分泌酶切割生成可溶性p3肽，无神经毒性；淀粉样生成途径中，β-分泌酶（BACE-1）切割APP生成C99片段，再经γ-分泌酶切割生成Aβ1-40与Aβ1-42，其中Aβ1-42具有强细胞毒性，易聚集形成老年斑。直接抑制Aβ1-42聚集、激活α-分泌酶促进非淀粉样生成途径、抑制BACE-1或调控γ-分泌酶（需避免影响Notch蛋白功能以减少胃肠道、免疫系统等不良反应）是靶向Aβ通路的核心策略。
过度磷酸化tau蛋白假说
tau蛋白即微管相关蛋白（MAPs），主要分布于神经元，负责微管形成与稳定性维持。AD中tau蛋白发生异常过度磷酸化，形成Tau55、Tau64、Tau69等不溶性异构体，导致微管解聚、神经元死亡，并进一步聚集成双螺旋细丝（PHF）与神经原纤维缠结（NFTs）。Aβ可启动tau蛋白磷酸化，磷酸酶与tau蛋白激酶失衡是过度磷酸化的核心原因。靶向tau蛋白激酶的抑制剂（以GSK3β与CDK5为主要靶点）、tau蛋白聚集抑制剂（靶向Tyr310、Tyr197、Phe378等催化残基）、微管稳定剂是抑制NFTs形成的三大策略。
AD的其他靶点
除上述核心通路外，N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体过度激活可导致谷氨酸兴奋性毒性，Aβ可结合NMDA受体抑制长时程增强，损害认知功能；单胺氧化酶A（MAO-A）参与去甲肾上腺素（NE）与5-羟色胺（5-HT）的降解，其活性异常与AD患者攻击行为相关；氧化应激是AD的重要病理特征，小胶质细胞激活、铁离子沉积、Aβ自身氧化还原循环、线粒体功能障碍等均可导致ROS过量生成；磷酸二酯酶4D（PDE4D）是cAMP特异性水解酶，其抑制剂可改善记忆巩固；腺苷A1受体（A1AR）拮抗剂可增强中枢神经活性，改善痴呆症状；维生素B5（泛酸）缺乏会导致乙酰辅酶A合成不足，影响ACh生成与髓鞘功能，与AD脑区损伤密切相关。
多靶点策略
AD的多因素致病特征决定了单靶点药物难以实现理想疗效，多靶点定向配体（MTDLs）可同时作用于多个病理环节，避免联合用药的药物-药物相互作用风险，具有更优的治疗潜力。Aβ可与金属离子结合产生活性氧，促进自身聚集；AChE的PAS可加速Aβ聚集；GSK3β可通过上调早老素-1增强γ-分泌酶活性，促进Aβ生成；Aβ还可启动tau蛋白磷酸化，这些病理环节相互关联，进一步支持MTDLs的研发逻辑。MTDLs可分为含连接子与不含连接子两类：含连接子的MTDLs包含两个独立药效团，连接子可为可裂解或不可裂解型；不含连接子的MTDLs通过共享结构片段实现多靶点作用，可降低分子量，提升成药性。理想的抗AD MTDLs应同时具备ChE抑制活性、Aβ42聚集抑制活性、金属螯合能力、tau蛋白聚集抑制活性或GSK3β抑制活性。目前美国FDA批准的抗AD药物多为单靶点制剂，仅能缓解症状或有限延缓疾病进展。2023年仑卡奈单抗（Lecanemab）获FDA完全批准，成为首个明确可延缓早期AD认知衰退的疾病修饰疗法，为抗AD药物研发提供了新方向。
吡唑并[3,4-b]吡啶作为AD管理的优势骨架
吡唑并[3,4-b]吡啶是临床常用抗AD药物多奈哌齐茚烯部分的生物电子等排体，具有抗焦虑、抗帕金森、抗AD等多重神经保护活性。本综述按发表时间梳理该骨架类化合物的抗AD研究进展，涵盖单靶点、双靶点（DTDLs）及多靶点（MTDLs）定向配体。
单靶点作用的吡唑并[3,4-b]吡啶衍生物
腺苷受体拮抗剂
以茶碱、咖啡因为代表的黄嘌呤类腺苷受体拮抗剂经结构修饰得到吡唑并[3,4-b]吡啶骨架，首个基于该骨架的A1腺苷脑受体拮抗剂为tracazolate与etazolate，其1位的2-氯-2-苯乙基侧链可增强脂溶性，促进血脑屏障穿透。后续研究发现，C4位的取代基决定受体选择性：环戊基氨基取代对A1受体具有高亲和力与选择性；环丙基氨基取代对A2A受体具有高亲和力与选择性；苯胺取代可提升A3受体亲和力。构效关系研究表明，1位最优取代为2-氯-2-苯乙基，C4位最优取代为4-甲氧基苯乙基，C5位最优侧链为甲酯或环丙基酯，吡唑并吡啶母核是A1受体结合必需结构。
GSK3β抑制剂
通过SmithKline Beecham内部数据库药效团筛选首次发现吡嗪并类似物为强效GSK-3α抑制剂，后续结构简化研究证实N1、N2、N7三个氮原子及C3位氨基是GSK3抑制活性的必需基团，C3位氨基酰化可提升脂溶性并促进与ATP结合位点相互作用。C5位最优取代为2,3-二氟苯基或3-吡啶基，C6位取代4-羟基苯基也可获得强效GSK3抑制剂。分子对接显示，N1、N2及C3位氨基可与GSK3β ATP结合位点的铰链区形成氢键，3,6-二氨基取代衍生物则通过N1、N7及C6位氨基与ATP结合区相互作用，为GSK3β抑制剂设计提供了明确的结构依据。
（后续双靶点与多靶点部分因文档截断未完整呈现，实际总结需包含该部分内容，此处按现有文本截止）
