# 新型喹啉-酰基胍杂合体作为选择性丁酰胆碱酯酶抑制剂的发现：设计、合成及分子机制研究

《Scientia Pharmaceutica》：Discovery of First Quinoline–Acylguanidine Hybrids as Selective Butyrylcholinesterase Inhibitors: Design, Synthesis, and Molecular Basis

　　

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）仍是重大治疗挑战，选择性丁酰胆碱酯酶（butyrylcholinesterase, BChE）抑制已成为症状治疗领域前景广阔的干预策略，尤其在疾病晚期阶段。研究人员通过生物电子等排替换吖啶-缩氨基硫脲类化合物，设计了一系列新型喹啉-酰基胍杂合体，并采用汇聚式合成路线，将Pfitzinger反应与酰基胍形成相结合进行制备。所有衍生物均针对BChE和乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase, AChE）进行了评估，其中2-苯基喹啉衍生物2c（IC₅₀ = 7.14 μM）被鉴定为最具潜力的BChE抑制剂，其活性与多奈哌齐（donepezil，IC₅₀ = 2.39 μM）相当，且表现出对AChE的选择性。构效关系（structure–activity relationship, SAR）研究揭示，2-苯基取代基对活性至关重要，而大体积基团（如4-溴苯基）或甲基替换则会消除抑制活性。分子对接研究显示，活性化合物通过与Trp110、Met465及Trp458形成疏水及π-π堆积作用，稳定结合于BChE催化阴离子位点（catalytic anionic site, CAS）；而非活性类似物则发生喹啉骨架180°翻转，破坏关键相互作用。体内计算机药物代谢动力学（in silico ADME）评估显示，目标化合物具有良好的中枢神经系统（central nervous system，CNS）药物类药特征（拓扑极性表面TBSA < 90 ?²、LogBB > ?1、无Lipinski规则违背、无P-糖蛋白底物风险）。以上发现确立了喹啉-酰基胍骨架作为开发选择性BChE抑制剂的潜在新型化学型，在阿尔茨海默病的治疗中具有应用前景。

**论文解读**

**一、研究背景与科学问题**

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是全球范围内导致痴呆的首要病因，也是二十一世纪面临的重大公共卫生挑战之一。据世界卫生组织数据，全球已有超过5500万痴呆患者，其中AD约占60–70%，随着人口老龄化加速，预计到2050年这一数字将增长近两倍。目前AD尚无治愈性疗法，上市药物主要包括胆碱酯酶抑制剂多奈哌齐（donepezil）、利斯的明和加兰他敏、NMDA受体拮抗剂美金刚，以及近年来获批的靶向Aβ聚集体的疾病修正性单克隆抗体。但这些疗法的临床疗效有限，亟需开发能同时调节AD进展过程中多种病理机制的新型治疗药物。

胆碱能假说仍是AD治疗中验证最为充分的策略之一。乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase，AChE）和丁酰胆碱酯酶（butyrylcholinesterase，BChE）是水解乙酰胆碱（acetylcholine，ACh）的两种主要酶。在健康大脑中，AChE是主要的胆碱酯酶，其活性位点峡谷内衬有多种芳香性氨基酸残基（Tyr72、Tyr124、Tyr338、Tyr337和TrP286），显示较高的底物特异性。相比之下，BChE具有更宽大和更柔性的催化峡谷，其中部分芳香残基被脂肪族氨基酸（Asn68、Gln119、Ala328、Leu286和Val288）取代，从而可以容纳体积更大的底物和结构多样的抑制剂。

随着AD疾病的进展，两种胆碱酯酶的表达谱发生显著变化：AChE活性随神经退行性变降低，而BChE表达和活性增加约30–60%，部分代偿AChE的缺失，在疾病晚期BChE在ACh水解中扮演着日益重要的角色，进一步加重胆碱能功能障碍。因此，尽管目前上市药物主要靶向AChE，但BChE在AD进展中的日益突出的作用已促使学术界关注选择性BChE抑制剂的开发——这类抑制剂可能在中度至重度AD患者中提供优于传统ACBE抑制剂的治疗效益，同时减少外周胆碱能不良反应。

研究团队前期已证实吖啶-缩氨基硫代脲杂合体（acridine–thiosemicarbazone hybrids）的潜在AD治疗价值，其中化合物LaDMol-498（CL-13）作为先导化合物，表现出强效BChE抑制活性、抗氧化和神经保护活性、金属络合能力及对人神经元细胞（SH-SY5Y）无可检测的细胞毒性，并且在AD动物模型中显著改善了认知性能。基于此基础，本研究拟通过生物电子等非经典开环策略，以2-苯基取代的喹啉骨架替代吖啶核心，并通过将缩氨基硫代脲连接子替换为酰基胍（acylguanidine）部分，设计并合成一系列新的喹啉–酰基胍杂合体，旨在开发选择性更强、药物类属性更优的新型BChE抑制剂。

**二、研究内容与结论**

为实现上述科学目标，研究人员设计并合成了10个新型喹啉–酰基胍杂合体（2a–2j），系统评估了它们对电鳐乙酰胆碱酯酶（EeAChE）和马血清丁酰胆碱酯酶（EqBChE）的抑制活性；通过分子对接模拟研究了解其结合模式和结构-活性关系（structure–activity relationship，SAR）；并通过计算机药代动力学方面的ADME预测评估其药物类属性与中枢神经系统（CNS）透过潜力。研究发现，2-苯基喹啉衍生物2c（IC₅₀ = 7.14 μM）是最强的BChE抑制剂，其活性与阳性参考药多萘哌齐（IC₅₀ = 2.39 μM）相当，且显示出明确的对AChE的选择性（30 μM时AChE抑制≤39%，而BChE抑制达78.6%以上，其他活性化合物也遵循该趋势）。SAR分析表明，2-苯基取代基对BChE抑制活性至关重要；4-氟苯基引入后的BChE抑制作用基本保存（IC₅₀= 8.6 μM），而大体积取代基的4-溴苯基或甲基替换则会导致抑制活性大幅降低或消失。分子对接研究揭示，活性化合物可同时占据BChE的催化阴离子位点（CAS）与外周阴离子位点（PAS），通过π-π堆积及氢键网络稳定结合；相反，非活性类似物则发生喹啉骨架约180°翻转，打乱关键空间作用，从而解释其活性丧失的结构机制。此外，ADME计算显示，除活性差的化合物2g和2h外，全部活性化合物均具有理想的中枢神经系统（CNS）药物-样特性（TPsa < 90 ?²、LogBB > ?1、无Lipinski规则及其他类药性标准违规、非P-糖蛋白底物），具有良好的(Oral)口服生物利用潜力。这项研究因而确立了一种全新的前导结构——喹啉–酰基胍骨架——作为进一步开发选择性BChE抑制剂的化学平台，为AD的疾病修饰治疗提供了新的药物设计策略和先导化合物线索。

**三、主要关键技术方法**

本研究涉及的主要方法包括：（1）**合成方法学**：以Pfitzinger反应构建2-取代喹啉-4-羧酸中间体（7a–7d）——缩合isatin与不同酮类，产率45–60%；接着经酰氯化/偶联得到关键中间产物8a–8d，再与系列苄胺/苯乙胺缩合成9a–9j（50–97%产率），最后以三氟乙酸脱Boc保护得到终产物2a–2j；（2）**体外酶活性测试**：采用改良Ellman法在96孔板体系中对EeAChE与EqBChE进行抑制活性评估获得IC₅₀值；（3）**同源建模与分子对接**：基于hBChE（PDB ID：4BDS）结构同源建模得到马BChE（EqBChE）三维结构（序列一致性89.89%），并用GOLD 5.6分子对接评估结合态及结合能差异；（4）**计算机药效学ADASME预测**：利用SwissADME预测理化参数和类药性，采用LogBB_Pred预测LogBB值评估穿透能力，以Rowan pKa进行组微算或预测pKa。原始数据全部来自本研究实验及计算机预测，具体IC₅₀值与结合构象均见正文。

**四、研究结果**

**4.1 化合物设计**

活性化合物2c的IC₅₀ = 7.14 μM（BChE）为人组合，相对于AChE的宽抑制效度（IC₅₀为2.39 μM）显示出49.61的可置换，选择性效果明显。与同系列的2e（BChE IC₅₀= 8.6 μM）相比，两者在结构上仅存在苯环4位F与H的差别，但活性非常接近。初步筛选结果说明2-苯基喹啉酮-偶氮胍骨架表现出明确的选择性BChE抑制属性，其中2-苯基于C-2位置的引入活性最高（母环可容性最高），而大体积或甲基替换则减弱酶抑制活性，说明CAS空间的填充对活性有严格的空间要求。

**4.2 合成化学**：Pfitzinger反应产率45–97%（各步骤差异大：中间体7a–7d为45–60%；8a–8d为33–62%；9a–9a为45–97%；终产物2a–2j为定量产率）。所有终产物均经1HNMR、13CNMR、HRMS和HPLC（纯度≥95%）验证。

**4.3 胆碱酯酶抑制评估**：2a–2j在板式测试中表现出选择性和选择性抑制BChE的特点（31–79%BChE在30 μM浓度时），同时对AChE的抑制相对较弱；SAR高亮显示2-苯基喹啉元件是活性必需，而其他结构方案则或适度或全失活性。Boc保护体（9a–9j）整体抑制作用显著降低，确定了自由酰基胍基在抑制功能中的重要性。

**4.4 分子对接机制**：分子对接分析显示，活性化合物与BChE的CAS中Trp110和Met465、Trp458，且酰基端基延伸到PAS（与Thr348和Tyr360）。而2-甲基系列和4-溴代系列则因立体取向发生分子翻转，无法与以上关键残基进行相互作用（如2i失去与碳基的氢键）/整体结构翻转进而改变结合，与各组的低活性数据吻合。

**4.5 药代性预测**：TPA在TTE 77.87 ?2、LogBB=?>?1（并考虑Q）和no P-gp（substrate）预测。LogD（2.49–4.53）略高理想范围（1–2.2 – 2.71）；利用Henderson-Hasselbalch方程从pKa导出有81–90%的化合物以阳离子形式存在。但这些属性整体仍符合CNS药物类标准和口头可服类药性标准（不含Lipinski/Gho/Véber/Egan规则违规，虽然2g因MW超过480违规格）。

**六、讨论与结论**

总结讨论：本工作从前期筛选的LaDMol-249（CL-13）出发，运用非经典开环生物电子等非策略，将吖啶核换为2-苯基喹啉、羧基硫代缩氨基硫代电子部分换为酰基胍后，成功获得一类新的选择性BChE抑制剂。最佳活性化合物2c（IC₅₀=7.14μm）的抑制效力与多萘芥齐相当，同时显著偏好BChE/ACNE选择性与结构层-结构SAR揭示了关键残基的苯基在稳定性上和CAS中对催化活性的关键作用；仅分子层面，活性化合物占据CAS与PAS区域，而非活性类似物则通过完全翻转而丧失与关键残基的互作。聚合力而言，所有活性衍化物均可通过良好的ADME和类药性，预测均满足CNS药物渗透的类药条件（TPSA<90 ?²、LogBB > ?1，无Lipinski违规和P-gp底物评价）。综上，喹啉–酰基胍骨架被验证为选择性BChE抑制的新化学型（chemotype），为未来进一步优化以及临床前开发提供了结构学与药代动力学基础。

因此，本研究的结论如下：定位为一项新型选择性BChE抑制剂发现的验证性研究，提供了新的合成骨架——喹啉–2-苯喹啉–酰基胍。基于结构扩充和分子机制研究不但确认了化合物2c的BChE抑制强效性，还验证了其卓越的选择性及ADME类药属性。本研究所提供的结构信息（SAR与分子结构）以及药代预测数据，为该类化合物靶向BChE治疗AD的后续开发，奠定并指出了方向。