程玲，陳薇

(桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院藥學(xué)部，桂林 541001)

阿爾茨海默病(Alzheimer＇s disease，AD)是一種以記憶力減退，語(yǔ)言表達(dá)能力和其他認(rèn)知功能障礙為特點(diǎn)的神經(jīng)退行性疾病。目前全球已有超過(guò)3000萬(wàn)的AD患者，該病已嚴(yán)重威脅老年人的身體健康。

膽堿能通路受損是公認(rèn)的AD發(fā)病機(jī)制之一，由于乙酰膽堿酯酶(acetylcholinesterase，AChE)廣泛分布于人腦中的神經(jīng)肌肉組織，它可以降解突觸間隙的神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿，通過(guò)抑制AChE活性，從而維持乙酰膽堿在突觸間隙的正常水平，使膽堿能神經(jīng)信號(hào)傳遞正常，從而恢復(fù)AD患者的認(rèn)知障礙。因此，AChE抑制藥是目前臨床主要使用的抗AD藥物[1-2]。

目前美國(guó)食品藥品管理局(FDA)批準(zhǔn)用于治療AD的乙酰膽堿酯酶抑制藥有他克林(tacrine)、加蘭他敏(galantamine)等，這些膽堿酯酶抑制藥能夠緩解AD癥狀，主要作用于AChE底部的催化位點(diǎn)(catalytic active site，CAS)。而現(xiàn)在研究表明，AChE除了活性口袋底部的催化位點(diǎn)CAS外，口袋外尚存在一個(gè)外周陰離子位點(diǎn)(peripheral anionic site，PAS)，此部位被阻斷后，AChE對(duì)β淀粉樣蛋白(Aβ)沉淀、纖維纏結(jié)的作用明顯降低，從而減少Aβ蛋白的形成并加速它的降解[3-4]。

針對(duì)PAS部位對(duì)Aβ淀粉樣纖維沉積形成的促進(jìn)作用，并結(jié)合現(xiàn)有的AChE抑制藥設(shè)計(jì)觀念，研發(fā)設(shè)計(jì)同時(shí)作用于AChE活性中心CAS和外周位點(diǎn)PAS的雙位點(diǎn)AChE抑制藥，不僅能提高膽堿能神經(jīng)功能，而且可以抑制Aβ的沉積，無(wú)疑是開(kāi)發(fā)新型AChE抑制藥的新方向。

1 他克林衍生物

他克林是第一個(gè)被FDA批準(zhǔn)用于治療AD的膽堿酯酶抑制藥類(lèi)藥物，因嚴(yán)重肝臟毒副作用制約其廣泛應(yīng)用，但具有強(qiáng)效的膽堿酯酶抑制活性，治療AD療效確切，因而人們渴望篩選出毒副作用較小的衍生物應(yīng)用于臨床。一些早期研究，借助于計(jì)算機(jī)輔助證明了他克林的毒副作用隨著側(cè)鏈氨基烷烴取代基的碳鏈增加而減少，增加到一定數(shù)值時(shí)趨于穩(wěn)定[5-6]。

1.1 heterobivalent他克林衍生物 即含有 1，2，3，4-四氫吖啶的他克林衍生物，具有很強(qiáng)的抗氧化性和自我誘導(dǎo)Aβ聚集的能力，對(duì) AChE和丁酰膽堿酯酶(BChE)都具有很強(qiáng)的抑制活性，Lineweavere-Burk圖和分子模擬研究都證明該化合物的這種作用是通過(guò)靶向CAS和PAS雙點(diǎn)位來(lái)實(shí)現(xiàn)的[7]。

1.2 他克林褪黑素雜化二聚體 N-乙酰-5-甲氧基色胺，即褪黑素，為松果體分泌的調(diào)節(jié)氧化與抗氧化平衡重要激素，可調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的多項(xiàng)功能。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，補(bǔ)充褪黑素可使AD模型動(dòng)物受益，認(rèn)為褪黑素不僅僅通過(guò)清除自由基、對(duì)抗氧化應(yīng)激發(fā)揮作用，尚具有直接Aβ蛋白毒性保護(hù)作用，尤其就線(xiàn)粒體損傷而言[8]。人們嘗試將它與他克林相連，合成他克林雜化二聚體。它一方面具有比他克林更高的AChE抑制活性和高選擇性[9]，另一方面捕捉自由基的能力比褪黑素更強(qiáng)，是一種優(yōu)化組合。分子模擬研究已經(jīng)證實(shí)，該雜化二聚體的作用位點(diǎn)是AChE的CAS和PAS[10]。同時(shí)，一些研究者將他克林褪黑素雜化二聚體應(yīng)用于APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠，結(jié)果表明該雜化二聚體可直接降低APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠大腦中Aβ肽的水平，從而減少Aβ肽所誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡數(shù)，改善小鼠的行為缺陷[11]。

2 多奈哌齊及其衍生物

2.1 多奈哌齊 多奈哌齊是目前唯一用于抗AD臨床治療的雙點(diǎn)位AChE抑制藥，它的苯環(huán)通過(guò)π-π鍵與Trp84作用，芐基哌啶部分通過(guò)疏水鍵與Phe330作用，從而與AChE的CAS位點(diǎn)結(jié)合，而茚酮環(huán)部分則通過(guò)強(qiáng)π-π鍵與Trp279作用，且環(huán)上的甲氧基的水橋可以通過(guò)氫鍵與Phe288作用從而與陰離子PAS位點(diǎn)結(jié)合[12-13]。

2.2 AP2238-茚酮-多奈哌齊衍生物 AP2238是2003年公布的第一個(gè)同時(shí)作用于人類(lèi)AChE催化結(jié)合位點(diǎn)CAS和外周陰離子PAS位點(diǎn)兩個(gè)靶位點(diǎn)的膽堿酯酶抑制藥，同時(shí)已有研究證明它是通過(guò)作用于外周陰離子位點(diǎn)PAS來(lái)發(fā)揮抑制Aβ聚集的作用[14]。

AP2238-茚酮-多奈哌齊衍生物是來(lái)自多奈哌齊的茚酮核與來(lái)自AP2238的 苯基-N-甲基芐氨基部分相連而成，以形成一個(gè)附加的OH-π作用點(diǎn)來(lái)連接AChE外周陰離子部位(PAS)的峽谷入口處的氨基酸殘基Tyr124，從而與AChE的PAS位點(diǎn)連接發(fā)揮抑制作用。茚酮環(huán)鏈長(zhǎng)為5時(shí)，5位點(diǎn)連接哌啶取代基形成的化合物A，6位點(diǎn)連接戊烷基鏈形成的化合物B和6位點(diǎn)連接哌啶取代基的化合物C，這幾種化合物都顯示出良好的抑制膽堿酯酶的活性，對(duì)AChE的抑制半數(shù)抑制濃度(IC50)分別(0.200 ±0.020)，(0.056 ±0.003)，(0.052 ±0.002)μmol·L－1。尤其是 B 和 C，對(duì)AChE的抑制作用最強(qiáng)。這是因?yàn)檫@3種化合物具有5-碳的烷基鏈部分，在其一端帶有氨基，可以更好與PAS連接，抑制AChE誘導(dǎo)Aβ聚合能力顯著提高。此外，它們還顯現(xiàn)出對(duì)抗Aβ42肽自我聚集的活性。

3 石杉?jí)A甲衍生物

石杉?jí)A甲(huperzine A，HupA)是由石杉科植物千層塔[Huperzinaserrata(Thumb)Trev]中提取的一種生物堿，是一強(qiáng)效的膽堿酯酶可逆性抑制藥，它具有活性高、生物利用度高、選擇性好等特點(diǎn)[15]。

3.1 雙分子石杉?jí)A甲衍生物 最初，人們利用計(jì)算機(jī)分析雙分子石杉?jí)A甲的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)n=5～9時(shí)，雙分子化合物能同時(shí)與AChECAS和PAS位點(diǎn)結(jié)合的很好。更高或更低則結(jié)合較弱。計(jì)算機(jī)這一預(yù)測(cè)研究結(jié)果被YI等[16]成功驗(yàn)證，7碳鏈程度為7～9的雙分子石杉?jí)A甲的膽堿酯酶抑制活性最強(qiáng)。石杉?jí)A甲天然衍生物石杉?jí)A乙(huperzine B，HB)，經(jīng)過(guò)人工合成成為雙分子二聚體，經(jīng)檢測(cè)，該二聚體的AChE的抑制活性約是 HB 單體的4000倍[17]。

3.2 雙-5-氨基-5，6，7，8-四氫-2(1H)-喹啉酮石杉?jí)A甲 (S，S)構(gòu)型的雙分子化合物雙-5-氨基-5，6，7，8-四氫-2(1H)-喹啉酮石杉?jí)A甲合成成功，經(jīng)檢測(cè)，當(dāng)n=12或13時(shí)，該化合物對(duì)AChE的抑制活性為天然石杉?jí)A甲的3倍。可見(jiàn)，將石杉?jí)A甲雙分子化合物的母體單分子相連后，能顯示出極高的活性，從側(cè)面證實(shí)AChE 存在雙活性中心[18]。

4 加蘭他敏衍生物

加蘭他敏是由雪片蓮中提取的一種可逆性膽堿酯酶抑制藥，選擇性高，競(jìng)爭(zhēng)性強(qiáng)，所以它能阻斷AChE的作用，提高腦組織內(nèi)乙酰膽堿的含量，從而達(dá)到治療AD的作用。另外，現(xiàn)有研究通過(guò)測(cè)定SH-SY5Y神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞中淀粉樣前體蛋白APP的表達(dá)及代謝，證明加蘭他敏能夠影響APP的分泌作用[19]。

4.1 加蘭他敏 4-羥基苯衍生物 有研究證明，含有各種環(huán)狀結(jié)構(gòu)或者含有二烷胺基的4-羥基苯醛衍生物系列被證明具有顯著的AChE和BChE抑制活性。其結(jié)構(gòu)活性關(guān)系分析表明，二烷胺基部分的性質(zhì)和規(guī)模與芐基明顯影響著膽堿酯酶抑制效力，而小尺寸胺結(jié)構(gòu)的影響作用更明顯。它的AChE抑制IC50達(dá)到0.022μmol·L－1，BChE抑制IC50達(dá)到0.0086μmol·L－1，AChE/BChE 選擇度為2.56。Lineweaver-Burk曲線(xiàn)的抑制動(dòng)力學(xué)分析表明，4-羥基苯衍生品是膽堿酯酶混合型抑制藥，從側(cè)面證明它是同時(shí)作用于AChE的活性中心CAS和外周陰離子位點(diǎn)PAS的[20]。此外，季銨鹽衍生物具有較高的對(duì)AChE的抑制作用，但不能明顯抑制BChE。

4.2 N-哌啶基-加蘭他敏 該化合物是將加蘭他敏四氫氮雜環(huán)上的氮原子被烷基取代而成，為了使PAS與氨基酸的哌啶基團(tuán)相互作用，所以取代基的長(zhǎng)度必須足夠長(zhǎng)。經(jīng)研究，6個(gè)碳原子鏈長(zhǎng)的衍生物，它的長(zhǎng)度能與PAS點(diǎn)位結(jié)合的最好，從而具有較強(qiáng)抑制AChE的活性[21]。

5 雙哌啶衍生物

5.1 多胺雙哌啶(polyamines dipiperidine) 為了研究AChE抑制藥對(duì)AChE誘導(dǎo)Aβ聚集的抑制對(duì)用，是否與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的靈活性有關(guān)，人們用多胺替代兩個(gè)氮原子之間的部分，得到雙哌啶衍生物，使其具有β-折疊破片(β-sheet-breaking)能力，同時(shí)作用于AChE的催化結(jié)合位點(diǎn)CAS和外周陰離子PAS位點(diǎn)，結(jié)果AChE誘導(dǎo)的抑制Aβ聚集達(dá)(41.2±2.0)%，說(shuō)明其抑制Aβ聚集的能力大大提高[22-23]。

5.2 1，4，5，8-萘二酰亞胺(NTD)雙哌啶 該化合物結(jié)構(gòu)中間為一個(gè)芳香結(jié)構(gòu)，為芳香殘基與在AChE底部連接提供個(gè)多的π-π作用點(diǎn)，該衍生物具有一個(gè)1，4，5，8-萘二酰亞胺(1，4，5，8-naphthalenetetracarboxylic diimide，NTD)部分，所以該衍生物顯示出很高的AChE抑制活性，對(duì)AChE的選擇性非常高，它的AChE高選擇性使它與AD的治療密切相關(guān)[24]。并且底物濃度與抑制效力的Line-weaver-Burk圖顯示它是同時(shí)作用于CAS和PAS雙位點(diǎn)的。

6 氧化異阿樸菲類(lèi)生物堿衍生物

近年來(lái)，人們已從蝙蝠葛中分離出多種氧化異阿樸菲生物堿，研究發(fā)現(xiàn)其具有一定的細(xì)胞毒性[25]和很強(qiáng)的AChE抑制作用，且對(duì)AChE的選擇性非常強(qiáng)[26]。所以，一些研究者以1-氮雜苯并蒽酮為母核，根據(jù)雙點(diǎn)位理論人工合成一系列氧化異阿樸菲衍生物。同時(shí)，通過(guò)分子對(duì)接和分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)，用計(jì)算機(jī)模擬了合成的氧化異阿樸菲衍生物與AChE的結(jié)合與作用方式。模擬結(jié)果表明，氧化異阿樸菲母環(huán)與AChE的PAS部位具有很強(qiáng)的相互作用[27-29]。通過(guò)π-π鍵共軛體系與AChE的外周陰離子PAS部位結(jié)合并發(fā)揮作用，從而抑制AChE的活性并抑制Aβ沉積。研究者還將褪黑素與氧化異阿樸菲母核相連，形成9-取代的氧化異阿樸菲和褪黑素二聯(lián)體表現(xiàn)出強(qiáng)效的AChE抑制性，研究顯示其抑制能力是普通膽堿酯酶抑制藥的45～1987倍[30]。另外6位取代和7位取代也表現(xiàn)出很強(qiáng)的AChE抑制性和丁酰膽堿酯酶抑制活性[26]。

7 結(jié)束語(yǔ)

由于AD病因復(fù)雜，發(fā)病機(jī)制未完全闡明，用于臨床的藥物種類(lèi)少，藥效局限，所以，雙點(diǎn)位靶向抗AD藥物的研發(fā)已成為目前研究熱點(diǎn)。針對(duì)AChE活性中心CAS和外周陰離子部位PAS而設(shè)計(jì)合成衍生物陸續(xù)出現(xiàn)，并在分子水平、細(xì)胞水平、動(dòng)物水平研究中取得一定的成就，證明其強(qiáng)大的AChE抑制活性和高選擇性，并且毒副作用較低，由此，有理由相信基于AChE雙點(diǎn)位理論開(kāi)發(fā)的膽堿酯酶抑制藥作為抗AD藥物的優(yōu)越性，隨著研究的深入，人們必會(huì)取得豐碩的成果，為AD患者帶來(lái)福音。

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