阿尔茨海默病潜在靶点变构调节剂的研究进展

作者: 佚名 来源: 分子设计 更新时间:2020年09月18日 点击数:

2020-09-18

在神经退行性疾病中,最常见的阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是一个长期的、缓慢进行性发展的疾病,通常表现为记忆和认知减退,伴随有其他神经精神症状。流行病学调查显示,人65岁后AD的发病率呈指数型增长,造成了严重的社会与经济负担,因此急需有效的治疗手段。

 

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当前,已发现的AD病理途径主要包括乙酰胆碱功能障碍,增加的β淀粉样(β-amyloid, Aβ)蛋白沉积,神经纤维的缠结,以及其他的与生物靶点相关的途径。针对AD,当前相关的研发靶点中候选分子大多由于作用在底物位点,选择性差从而产生副作用,也不利于作为探针研究该靶点在AD中的实际功能。变构(Allostery)机制由于其对靶点的高度选择性以及可控调控,可以有效减少副作用的巨大优势,开始在AD相关靶点中表现出一定的潜力和希望。本期公众号我们将介绍与AD相关的7个重要的靶点及其变构调节剂研发进展。

 

1.烟碱型乙酰胆碱受体(nAChRs)

 

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nAChR(Nicotinic acetylcholine receptor, nAChR)属于配体依赖的离子通道超家族,有多个亚型。其中,α7 nAChR是脑与神经中一个重要亚型,涉及神经传递和神经抗炎症通路,参与大多与AD相关的病理途径。α7 nAChR是最早进行变构尝试的靶标之一,发现了多个有效的变构调节剂。它的正变构调节剂(positive allosteric modulators, PAMs)可以通过改变受体结构构象增加神经递质的效能,同时具有更高的选择性和更低的耐药。作为上市的药物,Galantamine(1)已用来治疗认知损伤;另一个a7 nAChR的PAM,AVL-3288(2)在大鼠模型中对认知缺陷具有一定缓解作用,已进入Ⅰ期临床试验;此外,同样为PAM的genistein (3),也在与联想学习和神经保护相关的治疗中表现出较好疗效;其他一些处于研发早期的分子,如DB08122 (4),PNU120596 (5),NS-1738 (6)和D20 (7),初步发现其可促进空间学习和记忆。这些分子通过α7 nAChR对AD的治疗作用正在评估中。

 

2. M1毒蕈碱受体 (M1 muscarinic receptors)

 

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M1毒蕈碱受体广泛存在于负责学习和记忆的皮层和海马体,属于G蛋白偶联受体。M1毒蕈碱受体的激活会增加Aβ的分泌,并且其酶联反应参与脑的血流调节,这些都与AD最常见的病理特征密切相关。由于变构位点在毒蕈碱受体亚型中并不保守的,且与底物位点不同,所以M1毒蕈碱受体的PAMs被期待可以消除副作用的影响。初步研究显示,PAMs结合变构位点后可以通过改变构象增加底物分子的激活效力。最先报道的M1受体的PAM是brucine(8),可以增加M1毒蕈碱受体的乙酰胆碱亲和力;随后发展了VU0029767 (9), VU0090157 (10),BQCA(11),PQCA(18)等PAMs,其中BQCA在小鼠的AD模型中对逆转学习损伤显示出统计学的有效性,PQCA则可以增强AD小鼠模型的学习和记忆。其他代表性分子还包括MK-7622(19),PF-06767832 (20),4-烷基羟吡咯嘧啶酮基团的化合物(21),AC-42(12),77-LH-28-1 (14),AC-260584 (15),TBPB (13),77-LH-28-1,VU0184670 (16),VU0357017(17),VU6007477(22)等,这些小分子的不断进展使该靶点在用于AD的药物研发仍存希望。

 

3. NMDA 受体 (N-methyl-d-aspartate receptor)

 

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N-甲基天冬氨酸受体(N-methyl-d-aspartate receptor, NMDAr)是神经细胞中离子型谷氨酸受体的一个特异类型,由离子型谷氨酸依赖的通道组成。研究发现,NMDAr可以通透Ca2+,且过高的Ca2+水平可能导致认知和记忆的下降,但无论竞争性还是非竞争性NMDAr拮抗剂(如ketamine(23) 、memantine(24)),其针对AD治疗效果都不十分理想,因而其作为AD靶点的可能性逐步降低。近年来,针对NMDAr发现了多个PAMs,为NMDAr是否能通过PAM调控进行AD治疗提供了新的方向。这些PAMs在NMDAr上的结合位点和选择性上均有不同,例如:PYD-106(26)可以稳定通道打开状态,CIQ (25)具有高度选择性并可调控通道打开频率,Spermine(28)展现了PH依赖的调控活性,pergenolonesulfate(27)作用于全新变构位点,SGE201(30)可泛性抑制NMDAr,羧基萘和菲衍生物包括UBP512(29), UBP551, UBP710, UBP714, UBP646(31), GNE-6901 (32)则对其下游蛋白GluN2亚单位的强化和抑制表现出不同的偏好性。由于上述PAMs在NMDAr上的多种偏好性,其作为探针研究NMDAr在AD中的功能值得关注。

 

4. γ-分泌酶 (γ-Secretase)

 

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γ-Secretase是一个参与Aβ蛋白产生的蛋白酶,曾被认为是AD药物发现的关键靶点。针对γ-Secretase研发的变构小分子主要是通过减少Aβ产生来说明其药效的。带有芳基咪唑的化合物对于γ-Secretase显示了一定的活性,如E2012 (33),34号,36号,37号化合物,37号化合物的EC50=29 nM,且在小鼠脑中Ab42减少40%。另一类带有羧酸的小分子包括EVP-0015962(35,进入临床试验),38号和39号化合物(天然小分子的衍生物)。最近发现的两个小分子,一个为NGP 555 (40)  IC50=10nM,另一个为41号化合物,其EC50可达5nM。值得一提的是,上述大部分化合物在进入临床研究后针对病人大多未能表现出在动物模型上的疗效,因此γ-Secretase一直缺乏在AD临床治疗中作为靶点的有力证据。

 

5. 糖原合成酶激酶3-β(Glycogen synthase kinase 3-beta, GSK-3β)

 

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GSK-3β是一个在许多组织中尤其是神经细胞中表达的激酶,也和AD的一些表型密切相关。前期研究提示GSK-3β选择性抑制剂可以调控酶活进而预防神经纤维缠结,减少Aβ产生。GSK-3β除了早期发现的ATP竞争性抑制剂 (如indirubin (42),hymenialdisine (43),staurosporine(44),3-anilino-4-arylmaleimides(45), F389-0663 (46), 47号化合物,pyrrolopyridinone scaffold(48)以及AZD1080 (49))和ATP非竞争性抑制剂(如Tideglusib(50)),最近发现了几个GSK-3β的变构抑制剂。其中palinurin (51)是从海绵中提取到,可结合于酶的N端域的特定变构位点,具有高度选择性;VP0.7(52)是一个喹啉衍生物,可作用于另一个潜在的变构位点。与γ-Secretase类似,由于Aβ蛋白产生在AD治疗中的作用未能证实,该靶点在AD的药物研发中也未能获得突破。

 

6. 磷酸二酯酶4 (Phosphodiesterase 4, PDE4)

 

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PDE4调控cAMP的信号转导,PDE在脑中至关重要,其抑制剂可用来治疗脑疾病,也是与AD紧密关联的PDE亚型。许多已知的抑制剂与中枢神经系统的疾病治疗相关,比如rolipram (53),roflumilast (54), denbufylline(55),然而它们大多会使cAMP达到高水平而扰乱cAMP的信号调控。针对PDE4发现了一系列NAM(negative allosteric modulator),如D158681, D159153, D159404和D159687 (56–59),先后用于AD的药理学模型评估,但均未发现对AD治疗的直接作用,因此,PDE4在AD中的靶标作用仍亟待进一步证据确认。

 

7. AMPA受体 (a-Amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acidreceptors)

 

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AMPA受体是离子型谷氨酸受体的一个亚型,涉及与学习和记忆相关的突触塑造。AMPA受体的PAM小分子包括CX516 (60), S-18986(61), LY451395(62), PF-04958242(64)等。虽然有报道AMPA受体与AD发生发展存在密切关联,但靶向AMPA受体的PAMs对AD治疗的机制及其疗效尚未阐明。

 

总结与展望

 

在本次公众号中,我们介绍了针对AD曾利用过的靶点及其变构调节剂的研究进展,可以发现其中大部分靶点在AD中的作用及其疗效仍未被证实,更加体现了AD治疗中靶点稀缺与机制不明的瓶颈问题。变构调节剂具有更高的选择性和更少的副作用,鉴于上述7类靶点在AD中是否发挥作用仍存在诸多疑问,利用这些变构调节剂作为高选择性化学探针,对上述靶点在AD中的功能和疗效方面予以研究,将为AD有效靶点的发现和确证开辟了新的方法。

 

参考文献

1. M. Kivipelto, F. Mangialasche, T. Ngandu, Nat. Rev. Neurol. 2018, 19, 653–666.

2. A. Jankowska, A. Wesołowska, M. Pawłowski, G. Chłon´ -Rzepa, Curr. Med. Chem. 2017, 24, 2045–2067.

3. Silva GM, Barcelos MP,Poiani JGC, Hage-Melim LIDS, da Silva CHTP.  ChemMedChem. 2019;14(16):1467-1483.

4. A. Caruso, F. Nicoletti, D. Mango, A. Saidi, R. Orlando, S. Scaccianoce, Pharmacol. Res. 2018, 132, 130–134.