亚苄基茚酮衍生物作为单胺氧化酶（monoamine oxidase，MAO）抑制剂的设计与合成

《Scientific African》：Design and Synthesis and of Arylidene Indanone derivatives as Monoamine Oxidase Inhibitors

　　

研究人员理性设计、合成了一系列十个茚酮衍生物，并将其作为潜在单胺氧化酶（monoamine oxidase，MAO）抑制剂进行测试。茚酮上引入苄叉（benzylidene）结构以最大化酶亲和力与特异性。所有化合物经光谱分析进行结构表征，并作为人MAO亚型抑制剂进行生物学评价。所合成化合物中，2-(4-乙氧基苄叉)-2,3-二氢-1H-茚-1-酮（IEB）活性最高（IC50?=?0.010 μM），对MAO-B相较MAO-A具有超过100倍选择性。动力学研究显示为可逆、竞争性抑制模式。分子对接揭示IEB与MAO-B活性位点关键残基Tyr398及FAD通过π–π堆积和氢键发生强相互作用，与体外效价一致，结合能为-10.2 kcal/mol。ADMET分析进一步支持IEB的类药潜力，显示良好吸收、无毒性及良好血脑屏障（blood–brain barrier，BBB）渗透性。分子动力学模拟进一步表明，在100.102 ns模拟中IEB–MAO-B复合物发生构象调整后经相对 stabilization，Tyr60、Tyr326、Ile198和Leu171存在持续相互作用。结果表明，通过对茚酮骨架理性修饰，可获得通过选择性抑制MAO-B用于神经退行性疾病治疗的先导候选物。

研究背景方面，茚酮（indanone）属于苯并[c]环戊酮类双环化合物，其骨架刚柔并济，可承载多种官能团，已在抗炎、抗癌、抗阿尔茨海默病及单胺氧化酶（monoamine oxidase，MAO）抑制等方向被研究。已获批的多奈哌齐（donepezil）即为茚酮修饰的乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase，AChE）抑制剂，证明该骨架具药理价值。MAO-B（monoamine oxidase-B）是线粒体内含FAD（flavin adenine dinucleotide，黄素腺嘌呤二核苷酸）的氧化还原酶，负责多巴胺等生物胺氧化脱氨，抑制MAO-B可提高多巴胺水平并减轻氧化应激，是帕金森病（Parkinson’s disease，PD）等神经退行性疾病的重要策略。已有研究提示环式查耳酮类茚酮单元可通过π–π堆积与Tyr398、Tyr435作用，羰基作氢键受体，α,β-不饱和羰基还可作Michael受体。但在苄叉对位引入供电子/吸电子基团、系统评价MAO-A与MAO-B抑制及选择性仍不充分。因此，研究人员合成取代亚苄基茚酮衍生物，评价MAO抑制、动力学行为、BBB渗透与MAO-B分子相互作用。该论文发表于《Scientific African》。

主要关键技术方法上，研究人员以重组人MAO-A与MAO-B为酶源、以kynuramine为底物，用荧光法测定抑制率与IC₅₀；用Lineweaver–Burk作图与斜率二级图判定抑制模式及K_i；以（R）-deprenyl为阳性对照做时间依赖性实验判断可逆性；用平行人工膜渗透 assay（PAMPA）评BBB被动渗透；从RCSB PDB取2V5Z（MAO-B）与2Z5X（MAO-A）做分子对接，用MzDOCK与vina评分，经重对接RMSD验证；用Desmond做100 ns分子动力学模拟（molecular dynamics simulation，MD），分析RMSD、RMSF、二级结构及蛋白–配体相互作用。

研究结果部分，合成（Synthesis）中，研究人员优化酸催化缩合条件，最终用32%盐酸/甲醇在75–90°C回流30–40 h得到目标物，收率52%–72%；化学表征确认IB、IBB、ICB、IEB、IFB、IHB、IMB、INB、IQB、ISB十个衍生物结构与分子式、核磁及HRMS数据吻合。单胺氧化酶抑制研究（Monoamine oxidase inhibition studies）中，十个衍生物均显强MAO-B抑制，IC₅₀为0.010–0.088 μM；IEB对MAO-B IC₅₀=0.010 μM、SI=100，优于沙芬酰胺（safinamide，0.099 μM）；MAO-A上硝基等吸电子基更强，但所有衍生物对MAO-A均强于isatin。动力学研究（Kinetic Studies）用Lineweaver–Burk显示直线交于y轴，V_max不变、K_m增大，为竞争性抑制，K_i=0.0015 μM。可逆性研究（Reversibility Studies）中IEB预孵0–60 min活性不再下降，不同于（R）-deprenyl时间依赖性不可逆抑制，故IEB为可逆抑制。PAMPA血脑屏障研究中，IEB的Pe=5.98±0.12×10^-6 cm/s为CNS+，高于ISB（3.59）与selegiline（5.69），说明被动BBB渗透好。分子对接（Molecular Docking）中，Ramachandran图证结构合理，vina重对接RMSD为0.517 ?（2V5Z）与0.819 ?（2Z5X）；所有化合物MAO-B对接分均优于共晶配体，IEB与safinamide共有Tyr326、Ile316、Leu164、Trp119、Ile199、Leu171等疏水接触及氢键；INB在MAO-A与harmine共有Phe208的T形π堆积及多个疏水残基作用。分子动力学模拟（Molecular Dynamics Simulation）中，RMSD先1–2 ?波动、70–85 ns略增后稳定；RMSF显示结合区残基波动低；二级结构保持29.24% α-helix、16.14% β-strand；蛋白–配体相互作用中Tyr60（31%）与Tyr326（38%）π–π堆积、Ile198经桥接水媒氢键（42%）、Leu171疏水接触持续存在；构象分析显示IEB保持紧致与结构完整。

讨论部分总结，研究人员指出对接分数不直接等同于实验效价，IQB对接分最高但IEB实验IC₅₀最低，故对接仅支撑结合模式解释；供电子基团如乙氧基、甲氧基借共轭与疏水接触提升MAO-B亲和与选择性，强吸电子硝基虽MAO-A强但选择性下降；IEB具可逆竞争、强MAO-B选择、BBB通透、MD稳定等特征，证明茚酮–苄叉骨架可成CNS导向先导。

结论部分翻译：总之，研究人员高效合成十个茚酮–亚苄基衍生物并评价其人MAO亚型抑制。该类衍生物总体抑MAO-B强于MAO-A但选择性各异。含乙氧基的IEB是最选择性强且效价高抑制剂（IC₅₀=0.010 μM；SI=100），强于基准药safinamide。动力学分析证其为催化位点非共价、可逆、竞争性抑制。分子对接显示IEB与Tyr398、Tyr435的π–π堆积及Ile199、Ile316疏水作用，结合能-10.4 kcal/mol；MD证IEB–MAO-B复合物稳定，Tyr60、Tyr326、Ile198、Leu171持续作用。BBB评估与ADMET参数支持IEB作CNS活性实体。SAR表明中等供电子基（乙氧基、甲氧基）借更好共轭与疏水接触增MAO-B亲和，强吸电子硝基降选择性。精细调控电子与立体属性可控MAO-B选择性与效价。乙氧基茚酮药效团可作新一代选择性可逆MAO-B抑制剂模板，在抗帕金森药物发现中具先导开发价值。