Привілейовані хінолільнітрони для комбінованої терапії ішемічного інсульту та хвороби АльцгеймераⅠ

Анотація: Відомо, що цереброваскулярні захворювання, такі як ішемічний інсульт, загострюють деменцію, спричинену нейродегенеративними патологіями, такими як хвороба Альцгеймера (БА). Крім того, збільшення кількості пацієнтів, які перенесли інсульт, змушує лікувати поєднання цих двох захворювань за допомогою єдиної та комбінованої терапії. Для розробки нових подвійних терапевтичних агентів було розроблено та синтезовано вісім гібридних хінолілнітронів шляхом зіставлення відібраних фармакофорів із наших найсучасніших сполук свинцю для лікування ішемічного інсульту та AD.

Натисніть, щоб порошок cistanche tubulosa від хвороби Альцгеймера

Біологічні аналізи, які шукали ефективні нейропротекторні ефекти у відповідних фенотипових аналізах, привели нас до ідентифікації MC903 як нового невеликого хінолілнітрону для потенційної подвійної терапії інсульту та AD, демонструючи сильний нейропротектор на (i) первинних кортикальних нейронах за киснево-глюкозної депривації/нормоглікемічної реоксигенації як експериментальна модель ішемії; (ii), клітини нейронної лінії, оброблені ротеноном/олігоміцином А, окадаїновою кислотою або -амілоїдним пептидом А 25–35, моделюючи токсичні ушкодження, виявлені серед ефектів AD.

Ключові слова: хвороба Альцгеймера; ішемічний інсульт; мультипотентні препарати; нейропротекція; хінолілнітрони

1. Введення

Завдяки високій якості життя в наших розвинутих країнах і збільшенню очікуваної тривалості життя найстаріших, захворювання старіння, такі як інсульт і хвороба Альцгеймера (AD), стали першочерговими індивідуальними, соціально-економічними та медичними проблемами з незадоволеними та обмеженими методами лікування. [1]. Отже, пошук нових та більш ефективних методів лікування інсульту та AD є актуальним і одним із найактивніших напрямів досліджень у сучасній галузі нейронауки [2]. Крім того, взаємозв’язок і одночасне виникнення інсульту та AD у одних і тих самих пацієнтів відомі та в основному задокументовані [3], хоча відповідні біологічні механізми ще не встановлені [4].

Цереброваскулярні захворювання є не лише основою судинно-пов’язаного когнітивного порушення, яке називають судинною деменцією (VD), але також відомо, що вони посилюють деменцію, спричинену іншими факторами, такими як AD та інші дегенеративні захворювання [5]. Як нещодавно зазначили Macrae та Allan, «... Зі збільшенням кількості пацієнтів, які виживають після інсульту, також необхідно приділяти більше уваги постінсультним ускладненням, які впливають на якість життя. До них належать не лише рухові та мовні порушення, але й також депресія, деменція, епілепсія та тривога, серед іншого...» [6]. Отже, ідентифікація нових ліків для комбінованої терапії як ішемічного інсульту, так і AD була б ідеальною терапевтичною проблемою, яка рідко реалізується на практиці, але наразі на цьому зосереджені наші останні зусилля, використовуючи переваги двох наших найсучасніших сполук свинцю.

Нещодавно ми ідентифікували (Z)-N-трет-бутил-1-(2-хлоро-6-метоксихінолін-3-іл)-метенамін оксид (QN23) (рис. 1) як дуже ефективний нейропротекторний хінолілнітрон (QN), який демонструє індукцію нейропротекції на двох in vivo моделях глобальної та вогнищевої церебральної ішемії [7], що призводить до створення нової сполуки свинцю для лікування ішемічного інсульту. З іншого боку, ми описали, що Contilizant (рис. 1) є проникним і високонейропротекторним засобом проти кількох токсичних інсультів, що мають відношення до AD, демонструючи інгібіторні властивості in vitro для ферментів, що катаболізують нейромедіатори (ChE, MAO) [8] або G-білка. -зв'язаних рецепторів (H3R [8], S1R [9]), і in vivo кращий захисний ефект, ніж наша попередня хіт-сполука ASS234 [10] або донепезил на завдання Y-лабіринту та лабіринту радіального плеча проти зниження когнітивних функцій, викликаного - амілоїдний пептид А 1-42 олігомери [9]. Примітно, що QN23 і Contilizant також є потужними антиоксидантами, що є корисною властивістю для потенційного лікування ішемічного інсульту та AD, беручи до уваги шкідливий вплив окислювального стресу та активних форм кисню (АФК) на обидві патології [11].

Маючи ці знання, ми розробили нові N-трет-бутил і N-бензил гібридні QN типів I і II, показані на малюнку 1, як різні комбінації цих привілейованих структурних особливостей, присутніх у QN23 і Contilisant над ядром QN. QN типу I, JMA98C і JMA101A, є результатом вставки ключового піперидинопропілокси мотиву — полівалентного фармакофора, присутнього в Contilizant для ефективного зв’язування ChE, H3R і S1R [8,9] — у C2 QN23, зберігаючи метоксигрупа в C6, властивість, яка здається критичною для ефективного нейропротекції [7].

Результатом аналогічного аналізу стали QN DDI88 і DDI89, де ми встановили додатковий мотив N-пропаргілу — типовий фармакофор МАО — у піперазинопропілокси групі — перевірений фармакофор для інгібування ХЕ [10]. Подібний аналіз призвів до чотирьох інших QN типу II, таких як JMA11A, JMA12A, MC902 і MC903, де ми зберегли атом хлору в C2, як у QN23, і функціоналізований циклоалкіламінопропілоксизалишок, пов’язаний в C6 замість метоксигрупи . На основі цих конструкцій, які зберігають структурні особливості, відповідальні за регуляцію рівня нейромедіаторів, порушену при AD [12], на ядрі QN QN, про які тут повідомляється, очікується, що вони діятимуть як мультипотентні малі молекули, потенційно придатні для лікування AD та ішемічного інсульту. [13].

Таким чином, спонуканий нещодавнім повідомленням Sun та ін. [14] про фармакологічний профіль нейроімуномодулятора AD110 для терапевтичного лікування AD та інсульту та результати, опубліковані Liu et al. [15] для MT-20R — заміщеного -фенілтрет-бутилнітрону, що містить МАО та фармакофор ХЕ для хвороби Паркінсона — ми описуємо тут наші попередні результати в цій галузі. Ми визначили MC903 як новий малий QN для потенційної комбінованої терапії ішемічного інсульту та AD, демонструючи сильні нейропротекторні властивості на первинних кортикальних нейронах під час гіпоксії/реоксигенації в якості експериментальної моделі ішемії, а також на клітинах нейронної лінії, оброблених ротеноном плюс олігоміцином А, окадаїнова кислота або A 25–35, моделюючи три токсичні напади, виявлені при AD.

2. Результати та їх обговорення

2.1. Синтез

Синтез цільових QN проводився, починаючи з легкодоступних попередників у коротких синтетичних послідовностях, що давало бажані ліганди як стереохімічно окремі Z-ізомери в чистому вигляді, з хорошими загальними виходами та багатограмовими кількостями (додатковий матеріал). Потім QN були піддані біологічному аналізу для визначення їхньої нейропротекторної здатності

2.2. Оцінка Нейропротектуіонів в експериментальній моделі ішемії в первинних нейронних культурах

QN JMA101A, JMA98C, DDI89, DDI88, JMA12A, JMA11A, MC903 і MC902 були протестовані на експериментальній моделі ішемії, щоб оцінити їх потенційний нейропротекторний ефект після ішемічного інсульту. Для цього первинні культури нейронів піддавали умовам дефіциту кисню та глюкози (OGD) протягом 4 годин і обробляли на початку періоду реоксигенації згаданими раніше QN або еталонними сполуками, такими як цитиколін, NXY-059, QN23, або Contilizant.

Нейропротекторію контролювали за допомогою вимірювання життєздатності клітин, як це було визначено за допомогою аналізу MTT (рис. 2), у якому для контрольної групи було встановлено 100 відсоток. Невідновлена ​​експериментальна група (OGD4h) продемонструвала серйозне зниження життєздатності клітин (64,4 ± 1,4 відсотка, p < 0,0001 порівняно зі 100-відсотковим контролем, t-тест для одного зразка), яке було лише частково скасовано після реоксигенації протягом 24 годин (R24h; 77,2 ± 1,3 відсотка, p < 0,0001, за t-критерієм Стьюдента). Додавання 100 мкМ цитиколіну, добре відомого нейропротекторного агента, призвело до значного збільшення життєздатності клітин (82,8 ± 1,1 відсотка) порівняно з групою необроблених (носій) R24h (рис. 1). Коли замість цитиколіну додавали стандарти NXY-059 [7], QN23 [7] або Contilizant [8], було досягнуто вищих рівнів життєздатності клітин (88,9 ± 3,7 відсотка, 95,1 ± 1,4 відсотка та 88,7 ± 1,9 відсотка). для 250 мкМ NXY-059, 100 мкМ QN23 і 50 мкМ Contilizant відповідно) (рис. 2).

Лікування новими QN забезпечувало різний вплив на відновлення клітинного метаболізму після інсульту OGD. По-перше, і що дивно, майже повний набір QN забезпечив вищу життєздатність клітин, ніж необроблені клітини R24h у всьому досліджуваному діапазоні концентрацій (0.1–250 мкМ). Базуючись на нашому попередньому досвіді, ми спочатку досліджували діапазон концентрацій 1–250 мкМ, який було розширено до 0,1 мкМ у тих випадках, коли все ще показували хорошу відповідь при низьких концентраціях. Сполуки DDI88 і MC902 не аналізували при 250 мкМ, незважаючи на відносно хороші значення життєздатності клітин через проблеми з розчинністю. Лише QN DDI89, JMA12A та JMA11A виявляли токсичний ефект, тобто нижчу життєздатність клітин, ніж необроблена група, R24h, при найвищій дослідженій концентрації 250 мкМ. Найефективніші QN JMA101A при 10 і 100 мкМ, JMA98C при 10 мкМ і MC903 при 10 мкМ і 100 мкМ досягли вищої життєздатності клітин, ніж цитиколін (100 мкМ), еталонний нітрон NXY-059 (250 мкМ) і Contilizant ( 10–50 мкМ). Примітно, що ефект MC903 при 10 мкМ і 100 мкМ (93,7 ± 2,1 відсотка і 93,8 ± 1,7 відсотка відповідно) досяг значень, подібних до тих, що спостерігаються для QN23 (100 мкМ), нашого найпотужнішого QN, знайденого на сьогоднішній день [7] (рис. 2).

Виходячи з попередніх результатів життєздатності клітин, ми визначили нейропротекторну активність як ефект, який досягає життєздатності клітин вище, ніж той, який виробляється лише нормоксичним відновленням, визначеним групою R24h без лікування, який було встановлено як 0 відсоток. Життєздатність клітин контрольної групи була встановлена ​​як 100 відсотків нейропротекції.

Нейропротекторію, спричинену QN JMA101A, JMA98C, DDI89, DDI88, JMA12A, JMA11A, MC903 і MC902 і Contilisant, порівнювали з такою, індукованою стандартами NXY-059 і QN23 (табл. 1). Не дивно, що відповідно до найвищих значень життєздатності клітин, згаданих вище, QN JMA101A (10–100 мкМ), JMA98C (10 мкМ) і MC903 (10–100 мкМ) виявляють найвищий нейропротекторний ефект, навіть вищий, ніж NXY{{ 19}}. Знову ж таки, 10 мкМ або 100 мкМ MC903 досягли значень нейропротекції, найбільш подібних до нашого провідного кандидата QN23 при ішемічному інсульті. Ці знахідки підтверджують вибір QN як правильного каркасу для пошуку нейрозахисних лігандів.

Модифікація ядра QN не тільки легко здійснима, але й здатна забезпечити нові функції та властивості без шкоди для ефекту захисту OGD. Зокрема, для результатів життєздатності клітин після OGD, наведених вище, попереднє співвідношення структура-активність (SAR), наведене тут, не виявило значної шкідливої ​​комбінації структурних частин для нової сутності, що захищає OGD, і лише чотири сполуки були виявлені нейротоксичними на найвищому рівні. перевірена концентрація. З іншого боку, один конкретний QN, MC903, був виявлений як найефективніший із набору, із OGD-захисною активністю, подібною до QN23.

Щоб оцінити придатність цих структур як мультипотентних хітів, була потрібна оцінка їхнього нейропротекторного ефекту на специфічні патологічні внески AD. Ці результати описані нижче.

2.3. Оцінка нейропротекції в експериментальній моделі AD у нейронахl Лінія клітин

У незалежному та майже одночасному аналізі нейропротекторну активність цільових QN (рис. 1) проводили в різних концентраціях (0,3, 1, 3 та 10 мкМ) проти трьох токсичних стимулів, пов’язаних з нейродегенерацією. виявлено при AD з використанням мелатоніну як стандарту, добре відомого нейропротекторного агента, для порівняльних цілей. Перш за все, ми використали модель генерації активних форм кисню з використанням коктейлю мітохондріальних блокаторів, ротенон плюс олігоміцин А (R/O). Як показано в таблиці 2, QN JMA98C і MC903 показали цікавий профіль проти R/O. У концентраціях 1, 3 і 10 мкМ JMA98C викликав значне збільшення життєздатності клітин проти R/O (40,6%, 70,5% і 57,2% відповідно).

Подібним чином MC903 при 0,3, 1 і 3 мкМ продемонстрував значне підвищення життєздатності клітин (44,1 відсотка, 40,4 відсотка і 74,9 відсотка). Максимальний захисний ефект обох QN досягався при концентрації 3 мкМ. Далі ми проаналізували наші ліганди в моделі гіперфосфорилювання тау з використанням окадаїнової кислоти (OA), добре відомого інгібітора білкової фосфатази Ser/Thr. У цій моделі обидва QN показали значне збільшення життєздатності клітин проти ОА при концентраціях 1 і 3 мкМ (JMA98C: 52,9% і 78,3% відповідно; MC903: 46,7% і 56,2% відповідно). Нарешті, на основі попередніх результатів, ми дослідили нейропротекторний ефект QN JMA98C і MC903 після токсичного впливу, наданого A 25–35, як широко прийняту біологічну мішень, що відіграє ключову роль у прогресуванні та розвитку AD. Як показано в таблиці 2, QN MC903 знову продемонстрував значний, потужний і залежний від дози нейропротекторний ефект 47,9 ± 8,9 відсотка при 3 мкМ, зменшуючись при 10 мкМ і досягаючи аналогічних нижчих значень, близько 28 відсотків, при 0,3 мкМ і 1 мкМ. Таким чином, у двох різних лабораторіях, які проводили незалежні аналізи одних і тих самих QN для оцінки їхньої нейропротекторної здатності в рамках експериментальної моделі ішемії та проти токсичних інсультів, викликаних AD, було встановлено, що QN MC903 забезпечує найкращий, сильний і послідовний нейрозахист, ідентифікуючи його як потенційно ефективна сполука для подальших доклінічних досліджень.

2.4. Властивості Compo щодо віртуального поглинання, розподілу, метаболізму та виведення (ADME)і MC903

Віртуальний профіль ADME MC903 досліджувався як ключовий момент для молекули, призначеної для терапевтичної дії на мозок. Крім того, за допомогою програми QikProp були передбачені властивості препарату MC903, а також оцінені порушення правила 5 Ліпінського (ROF) і правила Йоргенсена 3 (ROT). Розраховані параметри ADME (Таблиця S1, Додатковий матеріал) знаходяться в межах еталонних діапазонів, не показуючи порушення для ROF і ROT. Цей аналіз підтверджує, що ліганд MC903 має відповідні фармакокінетичні профілі, необхідні для розподілу в організмі людини, будучи проникним для мозково-кров’яного бар’єру. Таким чином, MC903 має потенціал як провідний кандидат у розробці ліків від AD та інсульту.

tмеханізм нейропротекторного ефекту Cistanche

Цистанхе — традиційна китайська трава, яка, як повідомляється, має нейропротекторну дію. Механізми, що стоять за цими ефектами, до кінця не вивчені, але дослідники пропонують кілька можливих механізмів:

1. Антиоксидантна активність: було виявлено, що екстракти цистанчі мають потужну антиоксидантну дію, яка може захистити від пошкодження нейронів, спричиненого окислювальним стресом.

2. Протизапальні ефекти: запалення є поширеною причиною нейродегенеративних захворювань, і було показано, що екстракти цистанки мають протизапальну дію, що може послабити пошкодження нейронів.

3. Захист мітохондріальної функції: мітохондріальна дисфункція є ключовим фактором пошкодження нейронів і загибелі клітин, і було виявлено, що екстракти цистанх захищають від мітохондріальних пошкоджень і покращують функцію мітохондрій.

4. Активація нейротрофічних факторів. Нейротрофічні фактори - це хімічні речовини, які сприяють росту та виживанню нейронів, і було показано, що екстракти цистанх посилюють експресію нейротрофічних факторів, таких як нейротрофічний фактор мозку (BDNF) і фактор росту нервів (NGF). .

Далі буде...

Хосе М. Алонсо 1,†, Алехандро Ескобар-Песо 2,† , Алехандра Паломіно-Антолін 3,†, Даніель Дієс-Ірієпа 1,4 , Мурад Чіуа 1 , Емма Мартінес-Алонсо 2 , Ізабель Ірієпа 4,5 , Хав’єр Егеа 3,* , Альберто Алькасар 2,* та Хосе Марко-Контельєс 1,*

1 Лабораторія медичної хімії (IQOG, CSIC), Juan de la Cierva 3, 28006 Madrid, Spain; xosemag@yahoo.es (JMA); daniel.diezi@uah.es (DD-I.); mchioua@gmail.com (MC)

2 відділ досліджень, IRYCIS, лікарня Ramón y Cajal, Ctra. Colmenar Km 9.1, 28034 Мадрид, Іспанія; alejandro.escobar@hrc.es (AE-P.); emma.martinez@hrc.es (EM-A.)

3 Molecular Neuroinflammation and Neuronal Plasticity Research Laboratory, Research Unit, Hospital Universitario Santa Cristina, Instituto de Investigación Sanitaria-Hospital Universitario de la Princesa, 28009 Madrid, Spain; apantolin@gmail.com 

4 Departamento de Química Organica y Química Neorganica, Universidad de Alcalá, Ctra. Мадрид-Барселона км 33.6, 28871 Алькала де Енарес, Іспанія; isabel.iriepa@uah.es 5 Інститут хімічних досліджень Андреса М. дель Ріо, Університет Алькала, 28805 Алькала-де-Енарес, Іспанія