用于治疗阿尔茨海默病的新型丁酰胆碱酯酶抑制剂的发现

2020
08/20

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药物化学前沿
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VS阿尔茨海默 、新发现来了!

前言

阿尔茨海默病(AD)是最常见的进行性神经退行性疾病,通常以认知障碍和记忆力丧失引起的多种行为问题为特征。AD是现有十种没有有效治疗方法的致死性疾病中唯一的一种。尽管需求很大,但是AD药物的研发却始终难以突破。AD的确切病理原因尚未阐明。除了N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDAR)阻断剂美金刚以外,抗AD药物主要靶向神经递质系统,如多奈哌齐,加兰他敏和卡巴拉汀。但是,这些药物只能在AD早期使用,因为它们无法延迟或阻止其进展,或者由于长期用药的副作用较大而受到限制。

胆碱能假说认为,AD脑中的胆碱能神经元受到严重破坏。乙酰胆碱(Ach)的水平大大降低可能会导致一系列典型的AD病理特征,例如认知功能障碍。胆碱酯酶(ChEs)负责Ach的水解和代谢,以控制其水平。乙酰胆碱酯酶(AChE)和丁酰胆碱酯酶(BChE)是其中两种重要的酶。 AChE是水解Ach的主要酶(约90%)。现有药物干扰ChE的Ach水解功能,以增加突触中的Ach水平和中枢兴奋性,从而改善认知障碍并进行AD治疗。但是,这些药物的治疗时间是有限的。这是因为AD患者的神经元受到严重损害,AChE水平不可逆地降低了90%以上,而BChE水平可以提高到生理状况的120%。因此,在进行中的AD中,BChE作为补偿酶起着至关重要的作用。此外,最近的研究指出,BChE与异常的β淀粉样蛋白沉积(Aβ)高度相关。多种研究表明抑制BChE是治疗晚期AD的潜在策略。

除有效性外,选择性抑制BChE对安全性也很显著。据报道,AChE-敲除小鼠只能存活到成年,并且患有严重的生理缺陷。相反,研究表明BChE-敲除的小鼠可以健康成长。从这个角度来看,选择性抑制BChE表现出极好的安全性,其外围血的抑制不太可能引起无法忍受的毒性和不良反应。

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对BChE共晶体结构及其与AChE的区别的研究表明,这两种酶共有超过50%的同源氨基酸序列,包含催化活性位点(CAS),深峡谷和外围阴离子位点(PAS)。此外,它们都含有催化三联体: AChE(hAChE)中的Ser203,His 447,Glu334和BChE(hBChE)中Ser198,His438,Glu325。在峡谷底部,有一个酰基结合袋(图1),两个ChE在这里表现出显着差异。 BChE中的几个相对较小的残基(如Gln119和Val286)能够赋予BChE更大的口袋,可容纳更大的配体,如丁胆碱(Bch),酰基-ghrelin和各种生物活性肽。

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作者基于3D形状,通过化学结构快速叠加(ROCS)方法进行筛选。从1,293,896个小分子中筛选出13个hit化合物。

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对这13个hit化合物进行两种胆碱酶活性筛选发型其中四个化合物选择性和活性良好。

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进一步研究发现,化合物8012-9656的对BChE的选择性达到了500倍以上,并且它的活性最好,对人BChE IC50 = 0.32 ± 0.07 μM。进一步蛋白结合模式研究表明,该化合物能够与BChE蛋白口袋良好结合。

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与他克林相比,8012-9656在人正常细胞上毒性较小。

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急毒实验也同样表明了8012-9656的安全性。

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通过血脑屏障的能力是衡量一个化合物是否能在脑部发挥作用的重要指标。对8012-9656的研究表明该化合物有通过血脑屏障的能力。

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体内动物实验也表明,8012-9656对改善小鼠认知以及对由于Aβ1-42沉积引起的神经毒性具有显著保护作用。

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参考文献

Qi Li. Conway.Discoveryand biological evaluation of a novel highly potent selectivebutyrylcholinsterase inhibitor. J.Med. Chem. 2020(DOI: 10.1021/acs.jmedchem)


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关键词:
胆碱酯酶,化合物,药物,阿尔茨海默病

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