CAS/PAS双点位乙酰胆碱酯酶抑制药抗阿尔茨海默病的研究进展*

程玲，陈薇

(桂林医学院附属医院药学部，桂林 541001)

阿尔茨海默病(Alzheimer＇s disease，AD)是一种以记忆力减退，语言表达能力和其他认知功能障碍为特点的神经退行性疾病。目前全球已有超过3000万的AD患者，该病已严重威胁老年人的身体健康。

胆碱能通路受损是公认的AD发病机制之一，由于乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase，AChE)广泛分布于人脑中的神经肌肉组织，它可以降解突触间隙的神经递质乙酰胆碱，通过抑制AChE活性，从而维持乙酰胆碱在突触间隙的正常水平，使胆碱能神经信号传递正常，从而恢复AD患者的认知障碍。因此，AChE抑制药是目前临床主要使用的抗AD药物[1-2]。

目前美国食品药品管理局(FDA)批准用于治疗AD的乙酰胆碱酯酶抑制药有他克林(tacrine)、加兰他敏(galantamine)等，这些胆碱酯酶抑制药能够缓解AD症状，主要作用于AChE底部的催化位点(catalytic active site，CAS)。而现在研究表明，AChE除了活性口袋底部的催化位点CAS外，口袋外尚存在一个外周阴离子位点(peripheral anionic site，PAS)，此部位被阻断后，AChE对β淀粉样蛋白(Aβ)沉淀、纤维缠结的作用明显降低，从而减少Aβ蛋白的形成并加速它的降解[3-4]。

针对PAS部位对Aβ淀粉样纤维沉积形成的促进作用，并结合现有的AChE抑制药设计观念，研发设计同时作用于AChE活性中心CAS和外周位点PAS的双位点AChE抑制药，不仅能提高胆碱能神经功能，而且可以抑制Aβ的沉积，无疑是开发新型AChE抑制药的新方向。

1 他克林衍生物

他克林是第一个被FDA批准用于治疗AD的胆碱酯酶抑制药类药物，因严重肝脏毒副作用制约其广泛应用，但具有强效的胆碱酯酶抑制活性，治疗AD疗效确切，因而人们渴望筛选出毒副作用较小的衍生物应用于临床。一些早期研究，借助于计算机辅助证明了他克林的毒副作用随着侧链氨基烷烃取代基的碳链增加而减少，增加到一定数值时趋于稳定[5-6]。

1.1 heterobivalent他克林衍生物 即含有 1，2，3，4-四氢吖啶的他克林衍生物，具有很强的抗氧化性和自我诱导Aβ聚集的能力，对 AChE和丁酰胆碱酯酶(BChE)都具有很强的抑制活性，Lineweavere-Burk图和分子模拟研究都证明该化合物的这种作用是通过靶向CAS和PAS双点位来实现的[7]。

1.2 他克林褪黑素杂化二聚体 N-乙酰-5-甲氧基色胺，即褪黑素，为松果体分泌的调节氧化与抗氧化平衡重要激素，可调节中枢神经系统的多项功能。动物实验证实，补充褪黑素可使AD模型动物受益，认为褪黑素不仅仅通过清除自由基、对抗氧化应激发挥作用，尚具有直接Aβ蛋白毒性保护作用，尤其就线粒体损伤而言[8]。人们尝试将它与他克林相连，合成他克林杂化二聚体。它一方面具有比他克林更高的AChE抑制活性和高选择性[9]，另一方面捕捉自由基的能力比褪黑素更强，是一种优化组合。分子模拟研究已经证实，该杂化二聚体的作用位点是AChE的CAS和PAS[10]。同时，一些研究者将他克林褪黑素杂化二聚体应用于APP/PS1转基因小鼠，结果表明该杂化二聚体可直接降低APP/PS1转基因小鼠大脑中Aβ肽的水平，从而减少Aβ肽所诱导的细胞死亡数，改善小鼠的行为缺陷[11]。

2 多奈哌齐及其衍生物

2.1 多奈哌齐 多奈哌齐是目前唯一用于抗AD临床治疗的双点位AChE抑制药，它的苯环通过π-π键与Trp84作用，苄基哌啶部分通过疏水键与Phe330作用，从而与AChE的CAS位点结合，而茚酮环部分则通过强π-π键与Trp279作用，且环上的甲氧基的水桥可以通过氢键与Phe288作用从而与阴离子PAS位点结合[12-13]。

2.2 AP2238-茚酮-多奈哌齐衍生物 AP2238是2003年公布的第一个同时作用于人类AChE催化结合位点CAS和外周阴离子PAS位点两个靶位点的胆碱酯酶抑制药，同时已有研究证明它是通过作用于外周阴离子位点PAS来发挥抑制Aβ聚集的作用[14]。

AP2238-茚酮-多奈哌齐衍生物是来自多奈哌齐的茚酮核与来自AP2238的 苯基-N-甲基苄氨基部分相连而成，以形成一个附加的OH-π作用点来连接AChE外周阴离子部位(PAS)的峡谷入口处的氨基酸残基Tyr124，从而与AChE的PAS位点连接发挥抑制作用。茚酮环链长为5时，5位点连接哌啶取代基形成的化合物A，6位点连接戊烷基链形成的化合物B和6位点连接哌啶取代基的化合物C，这几种化合物都显示出良好的抑制胆碱酯酶的活性，对AChE的抑制半数抑制浓度(IC50)分别(0.200 ±0.020)，(0.056 ±0.003)，(0.052 ±0.002)μmol·L－1。尤其是 B 和 C，对AChE的抑制作用最强。这是因为这3种化合物具有5-碳的烷基链部分，在其一端带有氨基，可以更好与PAS连接，抑制AChE诱导Aβ聚合能力显著提高。此外，它们还显现出对抗Aβ42肽自我聚集的活性。

3 石杉碱甲衍生物

石杉碱甲(huperzine A，HupA)是由石杉科植物千层塔[Huperzinaserrata(Thumb)Trev]中提取的一种生物碱，是一强效的胆碱酯酶可逆性抑制药，它具有活性高、生物利用度高、选择性好等特点[15]。

3.1 双分子石杉碱甲衍生物 最初，人们利用计算机分析双分子石杉碱甲的结构，发现当n=5～9时，双分子化合物能同时与AChECAS和PAS位点结合的很好。更高或更低则结合较弱。计算机这一预测研究结果被YI等[16]成功验证，7碳链程度为7～9的双分子石杉碱甲的胆碱酯酶抑制活性最强。石杉碱甲天然衍生物石杉碱乙(huperzine B，HB)，经过人工合成成为双分子二聚体，经检测，该二聚体的AChE的抑制活性约是 HB 单体的4000倍[17]。

3.2 双-5-氨基-5，6，7，8-四氢-2(1H)-喹啉酮石杉碱甲 (S，S)构型的双分子化合物双-5-氨基-5，6，7，8-四氢-2(1H)-喹啉酮石杉碱甲合成成功，经检测，当n=12或13时，该化合物对AChE的抑制活性为天然石杉碱甲的3倍。可见，将石杉碱甲双分子化合物的母体单分子相连后，能显示出极高的活性，从侧面证实AChE 存在双活性中心[18]。

4 加兰他敏衍生物

加兰他敏是由雪片莲中提取的一种可逆性胆碱酯酶抑制药，选择性高，竞争性强，所以它能阻断AChE的作用，提高脑组织内乙酰胆碱的含量，从而达到治疗AD的作用。另外，现有研究通过测定SH-SY5Y神经母细胞瘤细胞中淀粉样前体蛋白APP的表达及代谢，证明加兰他敏能够影响APP的分泌作用[19]。

4.1 加兰他敏 4-羟基苯衍生物 有研究证明，含有各种环状结构或者含有二烷胺基的4-羟基苯醛衍生物系列被证明具有显着的AChE和BChE抑制活性。其结构活性关系分析表明，二烷胺基部分的性质和规模与苄基明显影响着胆碱酯酶抑制效力，而小尺寸胺结构的影响作用更明显。它的AChE抑制IC50达到0.022μmol·L－1，BChE抑制IC50达到0.0086μmol·L－1，AChE/BChE 选择度为2.56。Lineweaver-Burk曲线的抑制动力学分析表明，4-羟基苯衍生品是胆碱酯酶混合型抑制药，从侧面证明它是同时作用于AChE的活性中心CAS和外周阴离子位点PAS的[20]。此外，季铵盐衍生物具有较高的对AChE的抑制作用，但不能明显抑制BChE。

4.2 N-哌啶基-加兰他敏 该化合物是将加兰他敏四氢氮杂环上的氮原子被烷基取代而成，为了使PAS与氨基酸的哌啶基团相互作用，所以取代基的长度必须足够长。经研究，6个碳原子链长的衍生物，它的长度能与PAS点位结合的最好，从而具有较强抑制AChE的活性[21]。

5 双哌啶衍生物

5.1 多胺双哌啶(polyamines dipiperidine) 为了研究AChE抑制药对AChE诱导Aβ聚集的抑制对用，是否与其内部结构的灵活性有关，人们用多胺替代两个氮原子之间的部分，得到双哌啶衍生物，使其具有β-折叠破片(β-sheet-breaking)能力，同时作用于AChE的催化结合位点CAS和外周阴离子PAS位点，结果AChE诱导的抑制Aβ聚集达(41.2±2.0)%，说明其抑制Aβ聚集的能力大大提高[22-23]。

5.2 1，4，5，8-萘二酰亚胺(NTD)双哌啶 该化合物结构中间为一个芳香结构，为芳香残基与在AChE底部连接提供个多的π-π作用点，该衍生物具有一个1，4，5，8-萘二酰亚胺(1，4，5，8-naphthalenetetracarboxylic diimide，NTD)部分，所以该衍生物显示出很高的AChE抑制活性，对AChE的选择性非常高，它的AChE高选择性使它与AD的治疗密切相关[24]。并且底物浓度与抑制效力的Line-weaver-Burk图显示它是同时作用于CAS和PAS双位点的。

6 氧化异阿朴菲类生物碱衍生物

近年来，人们已从蝙蝠葛中分离出多种氧化异阿朴菲生物碱，研究发现其具有一定的细胞毒性[25]和很强的AChE抑制作用，且对AChE的选择性非常强[26]。所以，一些研究者以1-氮杂苯并蒽酮为母核，根据双点位理论人工合成一系列氧化异阿朴菲衍生物。同时，通过分子对接和分子动力学模拟技术，用计算机模拟了合成的氧化异阿朴菲衍生物与AChE的结合与作用方式。模拟结果表明，氧化异阿朴菲母环与AChE的PAS部位具有很强的相互作用[27-29]。通过π-π键共轭体系与AChE的外周阴离子PAS部位结合并发挥作用，从而抑制AChE的活性并抑制Aβ沉积。研究者还将褪黑素与氧化异阿朴菲母核相连，形成9-取代的氧化异阿朴菲和褪黑素二联体表现出强效的AChE抑制性，研究显示其抑制能力是普通胆碱酯酶抑制药的45～1987倍[30]。另外6位取代和7位取代也表现出很强的AChE抑制性和丁酰胆碱酯酶抑制活性[26]。

7 结束语

由于AD病因复杂，发病机制未完全阐明，用于临床的药物种类少，药效局限，所以，双点位靶向抗AD药物的研发已成为目前研究热点。针对AChE活性中心CAS和外周阴离子部位PAS而设计合成衍生物陆续出现，并在分子水平、细胞水平、动物水平研究中取得一定的成就，证明其强大的AChE抑制活性和高选择性，并且毒副作用较低，由此，有理由相信基于AChE双点位理论开发的胆碱酯酶抑制药作为抗AD药物的优越性，随着研究的深入，人们必会取得丰硕的成果，为AD患者带来福音。

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