CAS/PAS雙點位乙酰膽堿酯酶抑制藥抗阿爾茨海默病的研究進展*

程玲，陳薇

(桂林醫學院附屬醫院藥學部，桂林 541001)

阿爾茨海默病(Alzheimer＇s disease，AD)是一種以記憶力減退，語言表達能力和其他認知功能障礙為特點的神經退行性疾病。目前全球已有超過3000萬的AD患者，該病已嚴重威脅老年人的身體健康。

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

目前美國食品藥品管理局(FDA)批準用于治療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(catalytic active site，CAS)。而現在研究表明，AChE除了活性口袋底部的催化位點CAS外，口袋外尚存在一個外周陰離子位點(peripheral anionic site，PAS)，此部位被阻斷后，AChE對β淀粉樣蛋白(Aβ)沉淀、纖維纏結的作用明顯降低，從而減少Aβ蛋白的形成并加速它的降解[3-4]。

針對PAS部位對Aβ淀粉樣纖維沉積形成的促進作用，并結合現有的AChE抑制藥設計觀念，研發設計同時作用于AChE活性中心CAS和外周位點PAS的雙位點AChE抑制藥，不僅能提高膽堿能神經功能，而且可以抑制Aβ的沉積，無疑是開發新型AChE抑制藥的新方向。

1 他克林衍生物

他克林是第一個被FDA批準用于治療AD的膽堿酯酶抑制藥類藥物，因嚴重肝臟毒副作用制約其廣泛應用，但具有強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用于臨床。一些早期研究，借助于計算機輔助證明了他克林的毒副作用隨著側鏈氨基烷烴取代基的碳鏈增加而減少，增加到一定數值時趨于穩定[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，具有很強的抗氧化性和自我誘導Aβ聚集的能力，對 AChE和丁酰膽堿酯酶(BChE)都具有很強的抑制活性，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靶向CAS和PAS雙點位來實現的[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，為松果體分泌的調節氧化與抗氧化平衡重要激素，可調節中樞神經系統的多項功能。動物實驗證實，補充褪黑素可使AD模型動物受益，認為褪黑素不僅僅通過清除自由基、對抗氧化應激發揮作用，尚具有直接Aβ蛋白毒性保護作用，尤其就線粒體損傷而言[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，是一種優化組合。分子模擬研究已經證實，該雜化二聚體的作用位點是AChE的CAS和PAS[10]。同時，一些研究者將他克林褪黑素雜化二聚體應用于APP/PS1轉基因小鼠，結果表明該雜化二聚體可直接降低APP/PS1轉基因小鼠大腦中Aβ肽的水平，從而減少Aβ肽所誘導的細胞死亡數，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臨床治療的雙點位AChE抑制藥，它的苯環通過π-π鍵與Trp84作用，芐基哌啶部分通過疏水鍵與Phe330作用，從而與AChE的CAS位點結合，而茚酮環部分則通過強π-π鍵與Trp279作用，且環上的甲氧基的水橋可以通過氫鍵與Phe288作用從而與陰離子PAS位點結合[12-13]。

2.2 AP2238-茚酮-多奈哌齊衍生物 AP2238是2003年公布的第一個同時作用于人類AChE催化結合位點CAS和外周陰離子PAS位點兩個靶位點的膽堿酯酶抑制藥，同時已有研究證明它是通過作用于外周陰離子位點PAS來發揮抑制Aβ聚集的作用[14]。

AP2238-茚酮-多奈哌齊衍生物是來自多奈哌齊的茚酮核與來自AP2238的 苯基-N-甲基芐氨基部分相連而成，以形成一個附加的OH-π作用點來連接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位點連接發揮抑制作用。茚酮環鏈長為5時，5位點連接哌啶取代基形成的化合物A，6位點連接戊烷基鏈形成的化合物B和6位點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AChE的抑制半數抑制濃度(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AChE的抑制作用最強。這是因為這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Aβ聚合能力顯著提高。此外，它們還顯現出對抗Aβ42肽自我聚集的活性。

3 石杉堿甲衍生物

石杉堿甲(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[15]。

3.1 雙分子石杉堿甲衍生物 最初，人們利用計算機分析雙分子石杉堿甲的結構，發現當n=5～9時，雙分子化合物能同時與AChECAS和PAS位點結合的很好。更高或更低則結合較弱。計算機這一預測研究結果被YI等[16]成功驗證，7碳鏈程度為7～9的雙分子石杉堿甲的膽堿酯酶抑制活性最強。石杉堿甲天然衍生物石杉堿乙(huperzine B，HB)，經過人工合成成為雙分子二聚體，經檢測，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)-喹啉酮石杉堿甲 (S，S)構型的雙分子化合物雙-5-氨基-5，6，7，8-四氫-2(1H)-喹啉酮石杉堿甲合成成功，經檢測，當n=12或13時，該化合物對AChE的抑制活性為天然石杉堿甲的3倍。可見，將石杉堿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，從側面證實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，競爭性強，所以它能阻斷AChE的作用，提高腦組織內乙酰膽堿的含量，從而達到治療AD的作用。另外，現有研究通過測定SH-SY5Y神經母細胞瘤細胞中淀粉樣前體蛋白APP的表達及代謝，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，含有各種環狀結構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。其結構活性關系分析表明，二烷胺基部分的性質和規模與芐基明顯影響著膽堿酯酶抑制效力，而小尺寸胺結構的影響作用更明顯。它的AChE抑制IC50達到0.022μmol·L－1，BChE抑制IC50達到0.0086μmol·L－1，AChE/BChE 選擇度為2.56。Lineweaver-Burk曲線的抑制動力學分析表明，4-羥基苯衍生品是膽堿酯酶混合型抑制藥，從側面證明它是同時作用于AChE的活性中心CAS和外周陰離子位點PAS的[20]。此外，季銨鹽衍生物具有較高的對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相互作用，所以取代基的長度必須足夠長。經研究，6個碳原子鏈長的衍生物，它的長度能與PAS點位結合的最好，從而具有較強抑制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AChE誘導Aβ聚集的抑制對用，是否與其內部結構的靈活性有關，人們用多胺替代兩個氮原子之間的部分，得到雙哌啶衍生物，使其具有β-折疊破片(β-sheet-breaking)能力，同時作用于AChE的催化結合位點CAS和外周陰離子PAS位點，結果AChE誘導的抑制Aβ聚集達(41.2±2.0)%，說明其抑制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 該化合物結構中間為一個芳香結構，為芳香殘基與在AChE底部連接提供個多的π-π作用點，該衍生物具有一個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[24]。并且底物濃度與抑制效力的Line-weaver-Burk圖顯示它是同時作用于CAS和PAS雙位點的。

6 氧化異阿樸菲類生物堿衍生物

近年來，人們已從蝙蝠葛中分離出多種氧化異阿樸菲生物堿，研究發現其具有一定的細胞毒性[25]和很強的AChE抑制作用，且對AChE的選擇性非常強[26]。所以，一些研究者以1-氮雜苯并蒽酮為母核，根據雙點位理論人工合成一系列氧化異阿樸菲衍生物。同時，通過分子對接和分子動力學模擬技術，用計算機模擬了合成的氧化異阿樸菲衍生物與AChE的結合與作用方式。模擬結果表明，氧化異阿樸菲母環與AChE的PAS部位具有很強的相互作用[27-29]。通過π-π鍵共軛體系與AChE的外周陰離子PAS部位結合并發揮作用，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體表現出強效的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位取代也表現出很強的AChE抑制性和丁酰膽堿酯酶抑制活性[26]。

7 結束語

由于AD病因復雜，發病機制未完全闡明，用于臨床的藥物種類少，藥效局限，所以，雙點位靶向抗AD藥物的研發已成為目前研究熱點。針對AChE活性中心CAS和外周陰離子部位PAS而設計合成衍生物陸續出現，并在分子水平、細胞水平、動物水平研究中取得一定的成就，證明其強大的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雙點位理論開發的膽堿酯酶抑制藥作為抗AD藥物的優越性，隨著研究的深入，人們必會取得豐碩的成果，為AD患者帶來福音。

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