Потенціал алкалоїдів природного походження як багатоцільових терапевтичних агентів для лікування нейродегенеративних захворювань

Контакти:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

Анотація:Алкалоїдиє класом вторинних метаболітів, які можуть бути отримані з рослин, грибів і морських губок. Вони широко відомі як постійне джерело ліків для лікування хронічних захворювань, включаючи рак, діабет і нейродегенеративні захворювання. Наприклад, галантамін і гуперзин Аалкалоїдпохідні, які зараз використовуються для симптоматичного лікування нейродегенеративних захворювань. Етіологія нейродегенеративних захворювань є полігенною та багатофакторною, включаючи, але не обмежуючись цим, запалення, окислювальний стрес та агрегацію білка. Таким чином, алкалоїди на основі природних продуктів із поліфармакологічними модуляційними властивостями є потенційно корисними для подальшої розробки ліків або, меншою мірою, як нутрицевтики для лікування нейродегенерації. Цей огляд має на меті обговорити та підсумувати останні розробки щодо алкалоїдів природного походження для нейродегенеративних захворювань.

Ключові слова:алкалоїди; багатоцільовий агент; холінестераза; нейропротекторний; нейрозапалення; нейрогенез; амілоїд-бета; білок тау; наркотикоподібність

Запобігатихвороба Альцгеймеразахворювання сцистанче

Ю Ронг Конг 1,†, Кай Чінг Тай 1,†, Ї Сян Су 1, Чун Кванг Вонг 1, Вен Ні Тан 2,* і Ку Йон Хо

1 Дослідницька дослідницька група біофункціональних молекул (BMEX), Школа фармації, Університет Монаш Малайзія, Джалан Лагун Селатан, Бандар Санвей 47500, Малайзія

2 хімічна секція, Школа дистанційної освіти, Університет Святих Малайзії, Пенанг 11800, Малайзія

1. Введення

Нейродегенеративнийхворобикласифікуються як група хронічних захворювань, які здебільшого невиліковні та характеризуються прогресуючою втратою пам’яті та/або загибеллю клітин нейронів центральної нервової системи. Деякі приклади включають хворобу Альцгеймера (БА) і хворобу Паркінсона (ХП), і плани лікування цих захворювань є просто симптоматичним лікуванням, яке не зупиняє прогресування хвороби [1,2]. Більшість цих захворювань тісно пов'язані з віком. Кожне нейродегенеративне захворювання пов’язане з різноманітними клінічними проявами, такими як когнітивна дисфункція та порушення щоденного функціонування [3]. У 2016 році приблизно 43,8 мільйона людей страждали на деменцію та 6,1 мільйона людей страждали на хворобу Паркінсона, і ці цифри продовжують щорічно зростати [4,5]. БА становить приблизно 75 відсотків усіх випадків деменції, тому вважається найпоширенішою формою деменції [6,7].

Симптоми AD включають втрату пам’яті, яка може прогресувати до прогресуючої стадії, яка проявляється у вигляді збудження, апатії, агресії, галюцинацій, помилкових переконань і когнітивної дисфункції; зрештою, пацієнти з важким БА помирають від втрати основних фізіологічних функцій і ускладнень від інфекцій [8–10]. Варіанти лікування AD обмежуються інгібіторами холінестерази, включаючи донепезил, ривастигмін і галантамін, а також антагоністом рецептора N-метил-D-аспартату (NMDA) під назвою мемантин. У той час як інгібітори холінестерази пригнічують розпад ацетилхоліну для підвищення активності холінергічних нейронів у центральній нервовій системі, мемантин перешкоджає нейротоксичності, спричиненій надлишком глутамату [11]. ХП характеризується сповільненістю рухів і принаймні одним із наведених нижче симптомів, включаючи тремор у спокої, постуральну нестабільність або ригідність м’язів. ХП зазвичай лікують за допомогою препаратів, які посилюють дофамінергічну нервову активність, включаючи леводопою та агоністи дофаміну, а також препаратів, які пригнічують метаболізм дофаміну, включаючи інгібітори катехол-О-метилтрансферази (КОМТ) та інгібітори моноаміноксидази В (МАО-В) [12]. Обидва стани не мають ліків, які б зупинили прогресування захворювання або усунули пошкодження. AD є мультифакторним захворюванням, оскільки його етіологія пов’язана з накопиченням бета-амілоїду, гіперфосфорилюванням білка тау, ексайтотоксичністю, окисним стресом і нейрозапаленням [7,13]. У той час як PD пов’язаний із накопиченням внутрішньоклітинних білків, що містять агрегати, таких як убіквітин і альфа-синуклеїн (-Syn), які утворюють тільця Леві, дофамінергічна нейродегенерація в substantia nigra pars compacta (SNpc) і нейрозапалення [12,14].

Цистанхея трав'яна може покращити пам'ять

Ще одна схожість між AD і PD полягає в тому, що обидва захворювання пов’язані із запаленням нейронів. Нейрозапалення, спричинене бета-амілоїдними бляшками при AD та агрегатами альфа-синуклеїну при PD, значно погіршує втрату холінергічних і дофамінергічних нейронів відповідно [11,14]. Оскільки поточні варіанти лікування забезпечують лише симптоматичне полегшення, поточні дослідження зосереджені на визначенні багатоцільових терапевтичних варіантів нейродегенеративних захворювань. Натуральні продукти є плідним джерелом терапевтичних переваг. Наприклад, природного походженняалкалоїдив тому числі гуперзин А та галантамін з лікарських рослин були виявлені та досліджені на предмет їх потенціалу в лікуванні AD [15]. На сьогоднішній день зміна парадигми в бік підходу багатоцільової модуляції в лікуванні нейродегенеративних захворювань узгоджується з поширеними характерними похідними природних продуктів з багатоцільовими властивостями. У цьому огляді представлено оновлену літературу щодо інгібіторів холінестерази на основі алкалоїдів та їх ефективності in vivo на моделях тварин, підкреслюючи їх механізми в експериментальних моделях, пов’язаних з нейродегенеративними розладами, включаючи нейропротекторію, нейрозапалення, нейрогенез, патологію тау та амілоїд- бета накопичення. Однією з перешкод у розробці ліків є властивості, схожі на ліки. Тому також проводиться аналіз фізико-хімічних властивостей сполук на основі алкалоїдів.

2. Потенціал інгібування холінестерази алкалоїдів, отриманих із природних продуктів

Acetylcholinesterase enzyme (AChE) is predominantly found in the cholinergic synapses while butyrylcholinesterase enzyme (BuChE) is a non-substrate-specific enzyme that can be found throughout the body including in glial cells. Low levels of AChE and high levels of BuChE have been reported as AD progress [16]. Acetylcholinesterase enzyme inhibitors (AChEi) including galanthamine (1) and donepezil are drugs that have been approved by the Food and Drug Agency (FDA) to manage AD. Archie is used to enhance acetylcholine (ACh), a neurotransmitter responsible for cognition at a homeostatic level in the brain [17–19]. Therefore, chemical compounds able to inhibit the AChE enzyme or both AChE and BuChE enzymes (dual inhibitor) are considered essential in the management of the progression of AD. In this review, all naturally occurring alkaloids are categorized by their inhibitory activities in IC50. By definition, IC50 is a measure of the potency that one chemical substance has to inhibit a specific biological or biochemical function [11]. The inhibition in three categories (IC50 ≤ 10 µM, 10–50 µM, and >50 мкМ) представлено на малюнку 1.

Індольні алкалоїди належать до найбільшої групи гетерогенних вторинних метаболітів, що містять шестичленне ароматичне кільце, злите з п’ятичленним нітрогеновмісним піроловим кільцем [36]. Повідомлялося, що ресциннамін (3) з Rauvolfifia reflex поводиться як подвійний інгібітор холінестерази (IC50 AChE 11,01 мкМ; BuChE 8,06 мкМ) [20]. Монотерпенові індольні алкалоїди розпізнаються як молекули, що містять монотерпеноїдну одиницю, злиту з індоловою частиною. Монотерпенові індольні алкалоїди (4–6), виділені з Nauclea Officinalis, мають селективну інгібіторну дію на BuChE. Доведено, що Августин (4), нуклеїн (5) і Августин (6) інгібують BuChE з IC50 в діапазоні від 1,03 до 7,70 мкМ. Кінетичне дослідження показало, що 4 був інгібітором змішаного режиму зі значенням Ki 6,12 мкМ [21].

-карболінові алкалоїди становлять індольний фрагмент, злитий з C-3 і C-4 піридину в його орто-положенні [37]. Повідомлялося, що тен-карболінові алкалоїди (7–16) Peganum harmala мають інгібіторну дію на холінестеразу зі значеннями IC50<10 µm.="" harmol="" (8),="" harmalol="" (13),="" deoxyvasicine="" (15),="" and="" vaccine="" (16)="" were="" potent="" inhibitors="" of="" buche="" with="" ic50="" values="" in="" the="" range="" of="" 0.04="" to="" 0.66="" µm.="" however,="" harmine="" was="" the="" most="" potent="" ache="" inhibitor="" with="" an="" ic50="" of="" 1.21="" µm="" among="" the="" indole="" alkaloids.="" a="" preliminary="" structure-activity="" relationship="" study="" showed="" that="" multiple="" substitutions="" at="" the="" indole="" ring="" and="" saturation="" of="" the="" pyridine="" ring="" were="" essential="" for="" the="" cholinesterase="" inhibition="" effects="" [22].="" 3-ethyl-12-methoxy-β-="" carboline="" (17)="" and="" 6,12-dimethoxy-3-ethyl-β-carboline="" (18)="" from="" picrasma="" quassinoids="" were="" reported="" as="" possessing="" ache="" inhibitory="" properties="">

На малюнку 2 видно, що загалом 55 алкалоїдів ідентифіковано як AChEi, тоді як 24 алкалоїди ідентифіковано як BuChEi. По суті, було показано, що 16 алкалоїдів інгібують обидва ферменти при значеннях IC50, що дорівнюють або менше 10 мкМ. У таблиці 1 наведено біологічно активні алкалоїди, виділені з рослин, а також їх інгібіторну дію на холінестеразу, а на малюнках 3 і 4 показано хімічну структуру алкалоїдів 1–61.

Ізохінолінові алкалоїди належать до різних класів алкалоїдів, отриманих із природних джерел. Вони складаються з ізохінолінового або тетрагідроізохінолінового кільця як основного скелета [38]. Advice (19) був найпотужнішим подвійним інгібітором холінестерази зі значеннями IC50 0.15 і 0.88 мкМ як для AChE, так і для BuChE. Ранітидин (20) мав меншу інгібіторну активність щодо AChE і BuChE, ніж 19 зі значеннями IC50 0,65 мкМ і 5,73 мкМ відповідно [24]. Порівнюючи молекулярні структури, третинний амін присутній у положеннях 7 з 19 і 20 і відповідає за високу афінність зв’язування як з AChE, так і з BuChE. Берберин хлорид (21) і 13-алкілберберин (22) є ще двома ізохіноліновими алкалоїдами, отриманими з кореневищ Coptis Chinensis, які мають дещо відмінні молекулярні структури від 19 і 20. Хоча обидва 21 і 22 мали IC50 > 10 мкМ щодо BuChE, 21 продемонстрував сильнішу інгібіторну активність щодо AChE з IC50 1,1 мкМ, ніж 22 з IC50 5,6 мкМ [25]. Порівнюючи молекулярні структури обох алкалоїдів, видно, що присутність метильної групи в положенні 13 у структурі 22 відповідає за знижену інгібіторну активність проти AChE і BuChE.

Алкалоїди апорфін і проапорфін природним чином отримують із ізохіноліну. Як правило, вони поширені в родинах Annonaceae, Lauraceae, Magnoliaceae та Menispermaceae [39]. Дослідження екстрактів Stephania Epigaea [26], Illigera aromatic [40], Beilschmiedia sp. [27], Monimiaceae і Magnoliaceae [41] привели до виділення ряду алкалоїдів типу апорфіну та проапорфіну. Серед них епінастин В (23), дегідродіцентрин (24), ромен (25), доктрин (26), 2-гідрокси-9-метоксиапорфін (27), лауротетанін (28), ліріоденін (29), Повідомлялося, що ореобейлін (30), болдин (31), секоболдин (32), асімілобін (33), (S)-3-метоксинордоместицин (34) та ізоболдин (35) виявляють значну інгібіторну активність АХЕ [26,27] .

Алкалоїди лікоринового типу, також відомі як алкалоїди Amaryllidaceae, належать до великої групи ізохінолінових алкалоїдів. Їх можна знайти в рослинах сімейства амарилісових. Було виділено багато алкалоїдів лікоринового типу, здебільшого зосереджених у цибулинах і листі [42]. Алкалоїди лікоринового типу, включаючи галантин (36) і 1 з Zephyranthes carinata, показали інгібіторну активність AChE проти AChE [28].

Стероїдні алкалоїди є одним із важливих класів алкалоїдів, отриманих із рослин. Вони мають основний стероїдний каркас з атомом азоту, присутнім у кільці або бічному ланцюзі [43]. Три нові стероїдні алкалоїди Mokluangins A–C (37–39) з Holarrhena pubescens, як повідомляється, мають інгібіторну активність AChE в діапазоні від 1,44 до 4,09 мкМ, у якому заміна на C-3 є ключем до модуляції AChE інгібіторна активність [29]. Ізостероїдні алкалоїди є одними з типових стероїдних алкалоїдів, що належать до скелетного типу C-27 [43]. Повідомлялося про наявність семи ізостероїдних алкалоїдів (40–46) Fritillaria walujewii щодо їх потенційної інгібіторної дії на холінестеразу. Показано, що тортіфолін (40), Walujewine C (41), Sinpeinine A (42), Walujewine A (46) і Walujewine E (44) пригнічують AChE зі значеннями IC50 від 5,8 до 9,8 мкМ, тоді як доведено, що всі сполуки інгібують BuChE менше 10 мкМ, крім 46. Можна зробити висновок, що всі сполуки є подвійними інгібіторами холінестерази, крім 43, 45 і 46 [30].

цистанче для продажу

Піролоімінохінонові алкалоїди в основному виділені з морських організмів. Важливі пірролоімінохінонові алкалоїди включають дискорхабдіни, прогноз, базиліони, вакаїни та камарон [44]. Discorhabdins G (47) і B (48) з антарктичних Latrunculia sp. губки виявляли інгібіторну активність AChE зі значеннями IC50 1,3 і 5,7 мкМ відповідно [31]. Алкалоїди Lycopodium є цікавим класом алкалоїдів, які зазвичай зустрічаються в рослинах Lycopodiaceae. Вони складаються з алкалоїдів типу хінолізину, піридину та -піридону [45]. Як правило, алкалоїди лікоподіуму складаються зі скелетів C16 і іноді мають скелети C32, коли вони існують у вигляді димерів [46]. Серед ізольованих алкалоїдів лікоподіуму гуперзин А (2) виявився добре відомим інгібітором АХЕ при лікуванні AD [45]. Скваррозу А (49) і піролгуперзин А (50) було виділено як нові алкалоїди Lycopodium з Huperzia squarrosa разом із відомими 2- та 12-епілікодоліном N-оксидом (51). Виходячи з результатів, гуперзин А був найпотужнішим для інгібування AChE, за ним йшли 49, 50 і 51 [32]. У продовженні дослідження на тій самій рослині H. squarrosa дала 52 як новий алкалоїд лікоподіуму з інгібіторним потенціалом AChE [33].

Алкалоїди лікодинового типу належать до класу алкалоїдів лікоподію. Як правило, вони складаються з чотирьох кілець, включаючи одне піридинове або піридинове кільце. Відомо, що алкалоїди типу лікодину виявляють інгібіторну активність щодо AChE [46]. У дослідженні, проведеному на алкалоїдах лікодинового типу, включаючи лікоказуаринін D (53), лікоказуаринін А (54), N-деметилгуперзинін (55) і гуперзин С (56) з Lycopodiastrum casuarinoides, повідомлялося про їхній потенціал пригнічення холінестерази. 50 і 51 продемонстрували інгібування AChE зі значеннями IC50 0,22 і 4,74 мкМ, тоді як 55 і 56 були подвійними інгібіторами холінестерази [34].

Флавоалкалоїди є унікальним підкласом алкалоїдів, що складається з базового скелета флавоноїдів, злитих з азотовмісними кільцями, таких як піролідинон, піролідин, індол, піперидин, піперидин та аміноглікозид [47]. На сьогоднішній день відомо про менше 100 природних ароматичних келоїдів, хоча було виявлено, що вони виявляють широкий спектр біоактивності [35,47]. У недавньому дослідженні з Camellia sinensis було виділено п’ять нових келоїдів із циннамоїльованим смаком. Сполуки були відомі як 3-O-циннамоїлепікатехін (57), (−)-6-(5"' S)

N-етил-2-піролідинон-3-O-циннамоїлепікатехін (58), (−)-6-(5"'R)-N-етил-2-піролідинон{{1{{ 30}}}} O-циннамоїлепікатехін (59), (−)-8-(5"'S)-N-етил-2-піролідинон-3-O-циннамоїлепікатехін (60) та (− )-8-(5"'R)-N-етил-2-піролідинон-3-O-циннамоїлепікатехін (61). Усі ароматичні келоїди показали значну інгібіторну активність AChE з IC50 у діапазоні від 0,126 до 1,040 мкМ Дослідження показало, що положення C-6 має вирішальне значення для інгібуючої активності AChE [35].

3. Потенціал багатоцільової модуляції алкалоїдів при нейродегенеративних захворюваннях

Протягом десятиліть дослідники були зосереджені на відкритті ліків, які потенційно можуть змінити прогресування нейродегенеративних захворювань, наприклад, на відкритті інгібіторів секретази на основі амілоїдної гіпотези для хвороби Альцгеймера. На жаль, жоден із кандидатів не продемонстрував обнадійливих результатів, що покращують прогресування захворювання на завершальній фазі клінічних випробувань. Інгібітори холінестерази залишаються препаратами для лікування захворювання, і подальші дослідження спонукають до вивчення потенціалу алкалоїдів для лікування нейродегенеративних станів на додаток до їхньої активності холінестерази [48]. Незважаючи на потужні антихолінестеразні властивості, які допомагають покращити когнітивні функції, ми провели пошук алкалоїдів у таблиці 1, які мають потенційну інгібіторну дію на холінестеразу, і зібрали кілька досліджень, які повідомляють про потенціал цих алкалоїдів для дії на багато інших мішеней, щоб надати огляд потенціалу багатоцільової модуляції цих сполук. Однак не можна виключити, що сполуки з меншою інгібіторною активністю до холінестерази потенційно не будуть корисними для деяких інших мішеней при нейродегенеративних захворюваннях. У цьому розділі в основному йдеться про хворобу Альцгеймера (БА) та хворобу Паркінсона (ХП). Набір механізмів, на які діють ці алкалоїди, включає нейропротекторію, нейрозапалення, нейрогенез, бета-амілоїдну агрегацію (A) і гіперфосфорилювання тау.

3.1. Нейропротекція

Нейропротекція уповільнює втрату нейронів і подальше прогресування нейродегенеративних захворювань різними шляхами, включаючи зниження окисного стресу, мітохондріальної дисфункції, агрегації білків, запалення, ексайтотоксичності та апоптозу клітин [49].

Кілька досліджень показали, що гарман (7), гармол (8), гармін (9), гармалін (12) і гармалол (13) належать до класу індол-карболіну (табл. 1), виявляють нейропротекторний потенціал проти пошкодження нейронів. Дослідження In Vitro показало, що 7 захищає клітини нейробластоми від токсичності, спричиненої H2O2-, шляхом послаблення зниження життєздатності клітин [50]. Ця модель пов’язана з ушкодженнями нейронів, спричиненими окисним стресом, який бере участь у розвитку нейродегенеративних захворювань.

12 широко використовується для індукції тремору у гризунів, не було виявлено негативного впливу на дофамінергічні клітини PC12 окремо в концентрації 50 мкМ, так само для його метаболіту гармонол 13 [51]. Результат збігається з двома іншими дослідженнями, які показали відсутність токсичності, накладеної на клітини PC12 тільки 12 і 13 [52,53]. MPP plus є нейротоксином для дофамінергічних нейронів, які беруть участь у хворобі Паркінсона (ХП). Роль 7 у пригніченні ефектів 1-метил-4- фенілпіридинію (MPP плюс) досягається за рахунок пригніченого мітохондріального трансмембранного потенціалу (ММР), вивільнення цитохрому с, активації каспази-3, активних форм кисню ( АФК) і рівні GSH In Vitro [51–53]. Окислення дофаміну ініціює різні каскади для утворення ендогенних нейротоксинів, які сприяють нейродегенерації [54,55]. У випадку з 12 було показано, що він нейтралізує токсичні ефекти окислення дофаміну, накладені на мітохондрії мозку Ex Vivo. Це пояснюється антиоксидантними властивостями 12 через підтримку активності тіоредоксинредуктази та інгібування окислення тіолів і, отже, утворення продукту окислення дофаміну [56]. Крім того, 9 і 12 посилювали антиоксидантні ферменти, такі як супероксиддисмутаза [57] і глутатіонпероксидаза (GPx) In Vitro, тоді як в інших дослідженнях вони зменшували підвищення АФК і окислення тіолів, що призводило до посилення антиоксидантного захисного механізму для отримання нейропротекторного ефекту. [52,53,58,59].

Крім того, 9 виявляли нейропротекторну дію шляхом підвищення рівня білка транспортера глутамату-1 (GLT-1) і залежного від GLT{3}} та транспортера глутамату аспартата (GLAST) поглинання глутамату в астрогліальних клітинах і в кортикальна тканина мишей SOD1G93A, трансгенна мишача модель бокового аміотрофічного склерозу [60]. Ці транспортери глутамату підтримують низьку позаклітинну концентрацію глутамату, який є збуджуючим нейромедіатором, завдяки чому його накопичення сприяє ексайтотоксичності [61]. Крім того, нещодавній систематичний огляд показав, що 9 покращує пам’ять і навчання, а також продемонстрував нейропротекторний вплив на гіпокамп у доклінічних експериментальних моделях [62]. Він нібито брав участь у регуляції GLT-1, зниженні АФК, підвищенні нейротрофічного фактора мозку (BDNF) і мав протизапальну дію. У контексті PD нещодавно було досліджено вплив 9 на деградацію на -синуклеїн In Vitro. Убіквітин-протеасомна система (UPS) є однією із систем, які видаляють -синуклеїн через протеолітичну активність протеасоми, і було показано, що 9 підвищує протеолітичну активність через фосфорилювання протеїнкінази А (PKA) і, отже, покращує UPS для очищення -синуклеїну [63, 64].

13, метаболіт 9, був включений у результати раніше згаданих досліджень як цікаву сполуку, і було виявлено, що 13 забезпечує нейропротекторію за допомогою модулювання окисного стресу, ММР та апоптозу In Vitro [51–53]. Ці результати показали зниження АФК і окислення тіолів, підвищення рівнів GSH і ослаблення втрати ММП [51–53,65]. Було також досліджено вплив 13 на два процеси, пов’язані з опосередкуванням клітинної смерті, тобто вивільнення цитохрому с і активацію каспази-3, і 13 зменшив обидва [51,66].

Дослідження захисної дії берберину хлориду (21), який є ізохіноліновим алкалоїдом (таблиця 1), на нейродегенерацію набирає популярності в останні роки. У дослідженні in vivo попередня обробка 21 на 6-гідроксидопамін (6-OHDA)-стимульована нейротоксичність, яка моделює PD у щурів, значно зменшила індуковані апоморфіном обертання та втрату забарвленої Nissl substantia nigra pars compacta ( SNpc) нейронів і послаблювали зниження імунореактивності тирозингідроксилази в дофамінергічних нейронах SNpc [67]. Дослідження In Vitro показало, що 21 має нейропротекторні властивості проти нейродегенерації, опосередкованої окислювальним стресом, шляхом активації сигнальних каскадів Akt/GSK, Akt/GSK3 /Nrf-2 і PI3K/Akt/Nrf2, підвищення рівня p-CREB, стимуляції NGF і Вивільнення BDNF, зменшення ядерної транслокації NF-κB, пригнічення TNF, ЦОГ-2, IL-1B, NF-κB та зниження регуляції каспази-1, каспази-3, Bax, Підвищення Bcl-2, циклін D1 і p53 [68]. Окрім результатів, які були аналогічні попереднім дослідженням, Денг і команда повідомили про 21 зниження виробництва АФК і зворотне зниження MMP In Vitro, а також запропонували 21 нейропротекторний ефект за рахунок активації шляху PI3K/Akt при нейротоксичності, спричиненій ротеноном [69]. 21 також було доведено, що захищає клітини PC-12 від окисного пошкодження через PI3K/AKT/mTOR-опосередковану мітофагію [70]. Валлеріаноподібна дегенерація (WLD) — це аксональна дегенерація, що поширюється від дистального аксона до місця пошкодження і виникає при нейродегенеративних захворюваннях [71]. Цікаво, що було виявлено, що 21 є неконкурентним інгібітором білка 1, що містить мотив рецептора стерильного альфа та Toll Interleukin Receptor Motif (SARM1), який є ключовим медіатором WLD, що забезпечує відсоткове інгібування від первинного скринінгу 70 відсотків [72] . У цьому ж дослідженні додатково перевірили його інгібіторну активність на домені SAM1-2TIR бактеріальних клітин і клітин Expi293, щоб підтвердити висновки та отримали значення IC50 110 ± 10 мкМ і 77 ± 5 мкМ відповідно. Крім того, 21 збільшив CYP2J2, білок, який, як було встановлено, захищає від моделі PD, шляхом стимуляції рецептора альфа, активованого проліфератором пероксисом (PPAR-) In Vitro [73]. Дослідження in vivo показало, що 21 запобігає інгібуванню дегідратази амінолевулінової кислоти (δ-ALA-D) і запобігає пошкодженню пуринергічної передачі шляхом послаблення активності NTPDase, ADP, 50 -нуклеотидази та ADA при деменції, спричиненій стрептозотоцином, при якій регуляція цієї передачі відіграє певну роль в обробці пам'яті [74,75]. Проте активність δ-ALA-D у специфічних нейрональних клітинах вимагає подальшого дослідження через обмеженість доступних досліджень.

цистанче для продажу

Стимуляція активності гліальних геміканалів посилює вивільнення АТФ і глутамату, що згодом індукує загибель нейронів, тоді як Reticulon-3 (RTN3) агрегує в головному мозку AD і сприяє розвитку дистрофічних нейритів [76,77]. Болдін (31), апорфіновий алкалоїд (табл. 1), як повідомлялося, знижує активність астрогліальних півканалів, не впливаючи на комунікацію щілинних з’єднань, зменшуючи вивільнення АТФ і глутамату. Дослідження in vivo показало, що 31 захищений від нейронального окислювального стресу та нейритичних дистрофій, що оточують бета-амілоїдні (A) бляшки, де менші та менші ділянки RTN3 імунореактивних дистрофічних нейритів (RIDN) спостерігалися у мишей APP/PS1 [78]. В іншому дослідженні 31 розщеплення H2O2, зниження деградації дезоксирибози, опосередкованої залізом і EDTA, і утворення меланіну шляхом окислення дофаміну, ослаблена втрата ММП, підвищення рівня цитохрому С, втрата активності тіоредоксинредуктази, пригнічення окислення тіолу, викликане дофаміном і {{15} }OHDA і PC-12 втрата життєздатності клітин і активація каспази-3, індукована дофаміном [79].

Дослідження in vivo показало, що дезоксивазицин (15), який є -карболіновим алкалоїдом (таблиця 1), захищав нейрони від пошкодження, спричиненого окислювальним стресом, у дозі 15 мг/кг. Дослідження показало, що кількість глутатіонпероксидази (GPx) була значно підвищена при введенні 15, що згодом посилює антиоксидантний захисний механізм у мозку. Крім того, 15 був здатний підвищити виживання нервів шляхом підвищення нейротрофічного фактора мозку (BDNF) на 45 мг кг-1 [80].

3.2. Нейрозапалення

Протягом багатьох років проводилися дослідження з вивчення патології нейродегенеративних станів, і було виявлено, що нейрозапалення є одним із основних механізмів. Дефект у функціонуванні імунних клітин може спровокувати запалення в центральній нервовій системі (ЦНС) і, зрештою, призвести до пошкодження нерва. Зокрема, гостре запалення може бути корисним для мозку. І навпаки, хронічне запалення може завдати шкоди мозку, сприяючи гіперфосфорилюванню білка тау та агрегації бета-амілоїду (А). Ці механізми можуть бути активовані прозапальними медіаторами, такими як інтерлейкін 1 (IL-1) та інтерлейкін 6 (IL-6). Оскільки запалення тісно пов’язане з патологією нейродегенеративних станів, таких як AD і PD, алкалоїди, які здатні запобігти нейрозапаленню, можуть бути в змозі полегшити нейрозапалення, а також допомогти керувати станами [81–83].

9 і 12 було виділено як здатні протидіяти нейрозапаленню. Було припущено, що вони здатні зменшити вироблення запальних цитокінів, таких як фактор некрозу пухлини-альфа (TNF-) і мієлопероксидаза (MPO), і медіаторів, таких як оксид азоту (NO). Зокрема, 7 і 12 показали IC50 0.08 мкМ і 0,26 мкМ щодо MPO відповідно, таким чином доводячи їх потенціал для включення в якості агента для протидії нейрозапаленню [58,59]. Крім того, дослідження in vivo показало, що 9 значно покращує когнітивний дефіцит у щурів з хімічним діабетом при застосуванні 20 мг кг−1. Дослідження припустило, що цукровий діабет був тісно пов’язаний з когнітивною дисфункцією, і обидва були пов’язані із запаленням. Коли 9 вводили діабетичним щурам, активність запалення NLRP3 пригнічувалася, що призводило до збільшення експресії нейротрофічного фактора, отриманого з мозку (BDNF), і згодом покращувало когнітивні здібності [84]. Крім того, дослідження in vivo показало, що 9 також здатний долати гематоенцефалічний бар’єр (ГЕБ) незабаром після перорального прийому [85].

Інший -карболіновий алкалоїд 15 був здатний пригнічувати нейрозапалення кількома шляхами. Дослідження in vivo показало, що 15 здатний збільшувати кількість -ГАМК і зменшувати кількість глутамату в мозку в концентраціях 5 1, 15 і 45 мг кг-1. -ГАМК є життєво важливим нейромедіатором, який гальмує нейрозапалення, ініційоване астроцитами та мікроглією, перешкоджаючи вивільненню TNF-. Крім того, продукція TNF-, який є цитокіном, що сприяє запаленню, також була значно знижена залежно від концентрації при лікуванні 15 у концентраціях 5–45 мг кг-1 [80].

21 діє на кілька цілей, щоб покращити умови AD. Одним із механізмів дії 21 є послаблення нейрозапалення [86]. Наприклад, дослідження in vivo повідомило про зниження прозапальних медіаторів, включаючи ЦОГ-2, IL-12, IL-6, IL-1 та TNF- в результаті введення 21 у мозок щурів з AD [87]. Крім того, дослідження in vivo показало, що 21 перешкоджає експресії субчастини p65 і фосфорилюванню при 50 мг кг-1. p65 є субчастиною гетеродимера NF-κB, який є життєво важливим у модулюванні виробництва запального білка [88]. Крім того, дослідження in vivo також показало, що 21 був здатний протидіяти нейрозапаленню, пригнічуючи сигнальні каскади IL-6, TNF і p38 MAPK [89].

3.3. нейрогенез

Нейрогенез у дорослих — це процес, який відбувається в субгранулярній зоні (SGZ) і субвентрикулярній зоні (SVZ) гіпокампу для виробництва нейронів протягом усього життя людини. Дефект нейрогенезу у дорослих може потенційно призвести до нейродегенеративних станів, таких як хвороба Альцгеймера (БА), хвороба Паркінсона (ПД) і хвороба Хантінгтона (ХХ) [90]. Наприклад, дослідження in vivo показало, що порушення нейрогенезу у дорослих могло початися на ранній стадії захворювання AD ще до утворення нейротоксичних нейрофібрилярних клубків і бляшок [91,92].

Дослідження In Vitro показало, що 8, 9 і 12 успішно індукують нейрогенез при тестуванні на клітинах-попередниках, культивованих із SGZ і SVZ. Крім того, метаболізм 9 в організмі людини виробляв 8 як основний продукт. Ці -карболінові алкалоїди також були здатні індукувати спеціалізацію нейронних клітин, і це було доведено наявністю експресії MAP-2 і Tuj-1. Дослідження показало, що потенціал нейрогенезу цих -карболінових алкалоїдів пояснюється їхньою інгібіторною активністю щодо моноаміноксидази [70] і DYRK1A [93].

Дослідження In Vitro з вивчення потенціалу нейрогенезу алкалоїдів апорфіну (табл. 1) на клітинах PC-12 показало, що асимілобін (33) суттєво стимулював ріст нейритів у клітинах PC-12, але без очевидного впливу на Експресія мРНК кодує білки, необхідні для поділу та спеціалізації клітин. Крім того, дослідження також показало, що 33 добре проникає через гематоенцефалічний бар’єр (ГЕБ), що робить його потенційним препаратом-кандидатом для лікування нейродегенеративних станів [94].

3.4. Агрегація бета-амілоїду

Бета-амілоїд (А) є продуктом ферментативного розщеплення білка-попередника амілоїду (АРР) за допомогою -секретази та -секретази, і припускають, що А відіграє певну роль у розвитку AD. А — це пептид, який переважно складається з 40–42 амінокислот і схильний до агрегації з утворенням нейротоксичних А-бляшок. Як тільки бляшки А накопичуються в мозку, розвивається аномальна синаптична та нейрональна активність, що спричиняє пошкодження мозку та викликає такі симптоми, як когнітивний дефіцит і поступова втрата пам’яті [95,96].

Таким чином, запобігання агрегації А може допомогти затримати прогресування AD. Окрім антихолінестеразної активності, яку проявляють алкалоїди рослинного походження, деякі з них здатні пригнічувати агрегацію А. Рада (19) і нізатидин (20) є ізохіноліновими алкалоїдами (табл. 1), і вони володіють здатністю інгібувати олігомеризацію A .

Дослідження In Vitro показало, що 19 і 20 продемонстрували помірну інтенсивність пригнічення агрегації А, як видно з їхніх значень IC50 5,56 і 1,89 мкМ щодо А відповідно. Насправді було також припущено, що як 19, так і 20 володіють найбільшою інгібіторною активністю щодо багатьох мішеней, залучених до нейродегенеративних станів, і вони мають подібні молекулярні структури порівняно з іншими ізохіноліновими алкалоїдами, екстрагованими з Zanthoxylum rigidum. Таким чином, рекомендується досліджувати молекулярний каркас, пов’язаний з їх багатоцільовою діяльністю [24]. Крім того, 21 досліджували протягом багатьох років, і в огляді повідомлялося, що він перешкоджає сигнальним каскадам ERK1/2 і мітоген-активованої протеїнкінази (MAPK), внаслідок чого дезактивує -секретазу-1 (BACE-1) і зменшення покоління [86]. Фактично, 21 продається як безрецептурний продукт, який споживається перорально в Китаї, оскільки дослідження, що досліджують його ефективність і безпеку після перорального споживання, повідомили про прийнятні результати. Крім його антихолінестеразної активності, яка порівнянна з 1 і 21, він також володів здатністю зменшувати агрегацію A шляхом зменшення утворення A . Дослідження in vivo показало, що 21 здатний істотно пригнічувати активність β-секретази в головному мозку хворого на AD, відповідно зменшуючи утворення А до 40 відсотків і покращуючи симптоми AD. Крім супресивної дії на β-секретазу, інше дослідження in vivo показало, що 21 посилює активність A 40, що знижує нейротоксичний потенціал A 42 шляхом зміни стабільності, морфології та розчинності A 42, щоб погіршити агрегацію A 42 [87, 97]. Це твердження додатково підтверджується дослідженням in vivo, яке стверджує, що 21 у концентраціях 50 і 100 мг/кг/день здатний знижувати регуляцію Pen-2, Aph-1 і PS1 частин β-секретази і -секретази, отже, пригнічуючи продукцію A . Крім того, було показано, що 21 значно підвищує активність β-секретази при однакових концентраціях [98]. Дослідження In Vitro також показало, що 21 здатний інгібувати олігомеризацію А та утворення фібрил [99].

3.5. Гіперфосфорилювання тау

Білок тау (τ) відіграє життєво важливу роль у стабілізації мікротрубочок нейронів і, отже, підтримує структуру нейрона та внутрішньоклітинний транспорт поживних речовин. Кінази, які включають регульовану фосфорилюванням тирозину кіназу 1A (DYRK1A) подвійної специфічності, кіназу глікогенсинтази-3 (GSK-3), протеїнкіназу II, активовану Ca2 плюс /кальмодуліном, і циклінзалежну кіназу-5 (Cdk5) може індукувати гіперфосфорилювання тау. Гіперфосфорилювання тау-білка призводить до злипання фосфорильованих тау-білків з утворенням нейрофібрилярних клубків з парної спіральної нитки тау. Отже, вони більше не підтримують мікротрубочки всередині нейрона, що зрештою призводить до апоптозу нейронів і, отже, до нейродегенерації [100].

Було виявлено, що 9 має інгібіторну активність щодо DYRK1A, що, у свою чергу, перешкоджає гіперфосфорилюванню білка тау. У дослідженні in vitro було доведено, що 9 був сильним інгібітором DYRK1A з IC50 приблизно 80 нМ. 9 дезактивував DYRK1A, таким чином пригнічуючи фосфорилювання тау на серині 396, згодом зменшуючи всі три типи фосфорильованих форм білка тау. Зменшуючи кількість фосфорильованого тау, гармін (9) зберіг функцію тау для підтримки мікротрубочок у нейроні, запобігаючи загибелі нейронів. Однак повідомлялося, що 9 може бути нейротоксичним у концентраціях понад 8 мкМ через надмірне виснаження білка тау [100].

Окрім 9, 21 також міг перешкоджати гіперфосфорилюванню білка тау. Хоча необхідно провести додаткові дослідження щодо фактичного механізму 21 для зменшення гіперфосфорилювання тау, два дослідження In Vitro показали, що 21 здатний запобігати гіперфосфорилюванню білка тау, стимульоване калікуліном А в концентраціях 20 і 25 мкг/мл. шляхом зниження активності GSK-3 і підвищення активності протеїн-фосфатази 2A. Крім того, зворотне фосфорилювання тау було індуковано 21 на Ser262 [86,101,102]. Дослідження in vivo також показало, що антиоксидантні властивості 21 можуть допомогти пригнічувати надмірну експресію білка тау та гіперфосфорилювання тау в головному мозку з AD [87].

4. Фізико-хімічний аналіз алкалоїдів

На малюнку 5 показано аналіз фізико-хімічних властивостей алкалоїдів, включених до цього огляду. Молекулярна маса більшості сполук була нижче 500 Да. Сполуки з більшою молекулярною масою включали 44, 45 і ароматичні алкалоїди (58–61). Лише одна сполука порушує правило Ліпінського для донорства водневих зв’язків, поворотних зв’язків і топологічної полярної площі поверхні (TPSA). Цікаво, що всі сполуки, включені в цей огляд, дотримувалися правила Ліпінського для Log P і акцептора водневих зв’язків (HBA). 32 сполуки були класифіковані як високорозчинні, 15 сполук мали помірну розчинність і 7 сполук мали низьку розчинність.

5. Спосіб

У це дослідження було включено всі алкалоїди природного походження, про які в літературі повідомляється про інгібіторну активність щодо холінестерази в період з 2011 по 2020 рік. Синтетичні алкалоїди, алкалоїди, попередньо ідентифіковані за допомогою газової хромато-мас-спектрометрії (GC-MS) і рідинної хромато-мас-спектрометрії LCMS, які, як повідомляється, інгібують холінестеразу, були виключені з цього дослідження. На малюнку 1 показано, що 38 відсотків і 18,7 відсотків інгібіторів AChE та BuChE з IC50 менше або дорівнює 10 мкМ були включені в цей огляд. У результаті 61 сполука з IC50 менше або дорівнює 10 мкМ, за винятком 1 і 2, була включена в текст і огляд щодо потенціалу модифікації захворювання, включаючи інгібітор бета-амілоїду, інгібування гіперфосфорилювання тау, нейрозапалення, нейрогенез і нейропротекторну дію. ефекти. Було передбачено фізико-хімічні властивості 59 алкалоїдів (крім галантаміну та гуперзину А) (Instant JChem 17.10.0, 2020 ChemAxon Ltd.).

6. Висновки

Зростаюча кількість доказів доводить важливість алкалоїдів природного походження як модуляторів нейродегенеративних захворювань. Хоча алкалоїди є основним джерелом інгібіторів AChE, відкрита значна кількість подвійних інгібіторів холінестерази та інгібіторів BuChE. Цікаво відзначити, що кілька алкалоїдів, задокументованих у цьому огляді, захищають нейрони від шкідливих механізмів, таких як нейрозапалення, окислювальний стрес, ексайтотоксичність, апоптоз, накопичення A та фосфорилювання тау, і можуть бути розроблені для лікування хвороб Альцгеймера та Паркінсона. Зокрема, 9 і 21 є потенційними модуляторами в лікуванні прогресування цих захворювань. Тим не менш, дозування цих алкалоїдів для лікування нейродегенеративних захворювань залишалося невизначеним. Фізико-хімічний аналіз показав, що більшість алкалоїдів підкоряються правилам вірогідності ліків Ліпінського. Гематоенцефалічний бар'єр є важливим фактором, що захищає проникнення сполук у мозок, і вимагає приділяти йому подальшої уваги. Зрозуміло, що недоліки природних сполук, такі як низький вихід екстракції, призупинили розвиток потенційних кандидатів у терапевтичні лідери. Потрібна подальша розробка, щоб покращити їхню корисність як життєздатних терапевтичних засобів.