Kromon-liponsyrakonjugat: Neuroprotektivt medel som har acceptabel butyrylkolinesterashämning, antioxidant och kopparkeleringsaktiviteter

För mer information:ali.ma@wecistanche.com

Abstrakt

ÄndamålAlzheimers sjukdom(AD) är en mångfacetterad neurodegenerativ sjukdom. Att rikta in sig på flera patologiska processer inblandade samtidigtAlzheimers sjukdom,föreningar med naturligt ursprung med unika egenskaper är lovande byggnadsställningar för att utveckla nya multi-target föreningar vid behandling av olika neurodegenerativa sjukdomar, särskiltAlzheimers sjukdom. I denna studie bereddes nya kromon-liponsyrahybrider för att hitta en ny multifunktionell blystruktur för behandling av AD. Metoder Kromon-liponsyrahybrider framställdes genom klickreaktion och deras neuroprotektion och antikolinesterasaktivitet utvärderades fullständigt. Anti-amyloidaggregations-, antioxidant- och metallkeleringsaktiviteterna hos den bästa föreningen undersöktes också med standardmetoder för att hitta ett nytt multifunktionellt medel mot AD. Resultat Den primära biologiska screeningen visade att alla föreningar hade signifikant neuroprotektionsaktivitet mot H2O2-inducerad cellskada i PC12-celler. Förening 19 som den mest potenta butyrylkolinesteras (BuChE)-hämmaren (IC50=7.55 μM) med signifikant neuroprotektionsaktivitet som nivå som referensläkemedel valdes ut för ytterligare biologiska utvärderingar. Docknings- och kinetiska studier avslöjade icke-kompetitiv hämning av blandad typ av BuChE av förening 19. Det kunde signifikant minska bildningen av de intracellulära reaktiva syreämnena (ROS) och visade utmärkt reducerande kraft (85,57 mM Fe plus 2), jämförbar med quercetin och liponsyra. Det kan också måttligt hämma A-aggregation och selektivt kelera med kopparjoner i ett 2:1 M-förhållande.

Slutsats Förening 19 kan betraktas som ett hoppfullt multifunktionellt medel för den fortsatta utvecklingsvinsten för AD på grund av den acceptabla neuroprotektiva och anti-BuChE-aktiviteten, måttliga anti-A-aggregationsaktiviteten, enastående antioxidantaktivitet såväl som selektiv kopparkeleringsförmåga.

Leili Jalili-Baleh1 & Hamid Nadri2 & Hamid Forootanfar3 & Tuba Tüylü Küçükkılınç4 & Beyza Ayazgök4 & Mohammad Sharifzadeh5 & Mahban Rahimifard6 & Maryam Baeeri6 & Mohammad Abdollahi6 & Alireza Foroumadi1 & Mehdi Khoobi

Biomaterials Group, Pharmaceutical Research Center, Institute of Pharmaceutical Sciences (TIPS), Teheran University of Medical Sciences, Teheran 1417614411, Iran 2 Faculty of Pharmaceutical and Pharmaceutical Sciences Research Center, Shahid Sadoughi University of Medical Sciences, Yazd, Iran 3 Department of Pharmaceutical Bioteknik, Farmaceutiska fakulteten, Kerman University of Medical Sciences, Kerman, Iran 4 Farmaceutiska fakulteten, Institutionen för biokemi, Hacettepe University, Ankara, Turkiet 5 Institutionen för farmakologi och toxikologi, Fakulteten för farmakologi, toxikologi och förgiftningsforskning, Teherans universitet of Medical Sciences, Teheran, Iran 6 Toxicology and Diseases Group, Pharmaceutical Sciences Research Center (PSRC), Institute of Pharmaceutical Sciences (TIPS), Teheran University of Medical Sciences (TUMS), Teheran, Iran

Introduktion

Alzheimers sjukdom(AD), en mångfacetterad och irreversibel neurodegenerativ sjukdom, är den främsta orsaken till demens och en av de största utmaningarna för aktuell läkemedelsforskning [1]. Under de senaste decennierna, trots betydande ansträngningar för att upptäcka de patogena mekanismerna förAlzheimers sjukdom, är den exakta etiologin för denna sjukdom fortfarande komplex. De patologiska faktorer som spelar en anmärkningsvärd roll i utvecklingen av AD är brist på kolinerga neurotransmittorer i hjärnan, ackumulering av senila plack, särskilt som extracellulära amyloidavlagringar, hyperfosforylerad τ-proteinaggregation [2], dyshomeostas av biometaller, oxidativ stress, och neuroinflammation [3]. Trots alla försök som gjorts för att hitta innovativa lösningar för att kontrollera sjukdomens kännetecken som gen- och stamcellsterapi, är denna typ av terapi fortfarande en prospektiv metod för AD-behandling och det finns fortfarande många olösta problem innan de kan användas i kliniska tillämpningar [ 4, 5]. Den för närvarande tillgängliga terapeutiska metoden är mestadels baserad på den ökande kolinerga neurotransmissionen, genom acetylkolinesterashämmare (AChEI). Liksom AChE är butyrylkolinesteras (BuChE) som en koregulator av ACh-nedbrytningen ett viktigt enzym involverat i neurotransmissionen [6]. Rollen för BuChE i AD-patologi är okänd, men in vivo-studier visade att BuChE associerad med A-plack har en nyckelroll i AD-plackmognad [7, 8]. För att slutföra de symtomatiska tillvägagångssätten är det nödvändigt att rikta in sig på flera patologiska processer som är involverade i AD samtidigt [9, 10].

Klicka för att Cistanche DHT för Alzheimers sjukdom

För närvarande har strategin för multi-target riktad ligand (MTDL) blivit helt accepterad som huvudstrategin för läkemedelsdesign och upptäckt i AD, som är baserad på en kombination av lämpliga farmakofora grupper i en molekyl som ger effektiva farmakologiska svar för olika potentiella receptorer eller enzymatiska mål [11]. Under de senaste åren har många potentiella multifunktionella medel designats baserat på MTDLs strategi mot AD [12-16]. Dessutom används en hel del produkter med naturligt ursprung antingen som marknadsförda läkemedel eller som bioaktiva molekylära fragment i utvecklingen av hybridläkemedel för att bekämpa de ovan nämnda stora riskfaktorerna som är involverade i patogenesen av AD [17]. Kromoner finns överallt i växter och är kända som fytokemikalier med en benso- -pyronstruktur, som har flera olika farmakologiska effekter [18]. Nyligen genomförda studier avslöjade att kromonbaserade föreningar var effektiva mot demens genom att ta bort fria radikaler och kelatbilda metalljoner [19–22]. Kromoner har också visat antikolinesteras [23, 24], neuroprotektiva [25, 26], antiinflammatoriska egenskaper [27], och kan effektivt störa amyloid-aggregation [28, 29]. Fernandez-Bachiller och medarbetare introducerade takrinkromonhybrider med förbättrad ChE-hämmande, såväl som antioxidantinaktivering jämfört med takrin [30]. Liponsyra (LA), som en naturligt förekommande antioxidant i djur, människor och växter, fungerar som en viktig kofaktor i många biokemiska vägar [31]. En mångfald av farmakologiska egenskaper har rapporterats om denna organosvavel. Det kan kontrollera patogenesen eller progressionen av AD genom att öka nivån av acetylkolin samt minska oxidativ stress, inflammation och A-plackbildning [32–34]. Apocrine är en hybrid av LA och takrin introducerad av Rosini som en effektiv läkemedelskandidat mot AD på grund av dess multipla biologiska egenskaper, såsom AChE- och BChE-hämningsaktivitet, hämning av AChE-inducerad A-aggregation och cellskydd mot ROS [35].

G. Nesi et al. kombinerat rivastigmin med LA och kromon. De fann att kombinationen ledde till tillsatsen av antioxidanter och anti-amyloid-aggregerande egenskaper hos LA och kromonställningar till antikolinesterasaktiviteten hos rivastigmin som för närvarande använda läkemedel, och resulterade i bildandet av den multifunktionella föreningen för att behandla AD [28 ]. Baserat på ovanstående fynd är kromonställning en viktig farmakofor som har en stor roll i ChEs-hämning med antioxidant- och metallkeleringsaktiviteter. LA är också den lovande ledningsstrukturen som förbättrar BuChE-hämningsaktivitet, neuroprotektionspotens, anti-amyloidaggregation, antioxidant- och metallkeleringsaktiviteter (Fig. 1). Dessa unika egenskaper hos kromon och LA har gjort dem till lovande byggnadsställningar för att utveckla nya multi-target föreningar med förbättrad terapeutisk effekt vid behandling av olika neurodegenerativa sjukdomar, särskilt AD [36-42]. Med tanke på de fördelaktiga biologiska effekterna av kromon- och LA-ställningar och effekten av triazolkärna som en attraktiv farmakofor för att koppla olika terapeutiskt aktiva medel [43–45], uppmuntrade vi i detta arbete att konjugera dessa värdefulla farmakoforer till varandra och utvärdera deras effektivitet mot olika mål. Två serier av kromonderivat konjugerade med LA syntetiserades via klickreaktion (Fig. 1, föreningarna 9–17 och 18–20) och den neuroprotektiva aktiviteten och ChEs-inhiberingsaktiviteten för alla föreningar utvärderades. Antioxidant-, metallkelerings- och anti-amyloidaktiviteterna för den valda föreningen utvärderades också. Så vitt vi vet är detta det första arbetet som rapporterar syntesen av kromon-LA-hybrider och deras biologiska aktiviteter mot AD.

resultat och diskussion

Kemi Som illustreras i Schema 1 syntetiserades förening 3 initialt via reaktion av substituerad 2'-hydroxiacetofenon med 4-metoxibensaldehyd genom en domino aldol-Michael-oxidationsreaktion katalyserad av pyrrolidin och jod i dimetylsulfoxid (DMSO). Förening 3 omvandlades till motsvarande 2-(4-hydroxifenyl)-4H-krom-4-on-derivat (4a-d) med BBr3 i diklormetan. Förening 5 framställdes också i ett steg från reaktionen av 2,4- dihydroxiacetofenon och trietylortoformiat i närvaro av 70 procent perklorsyra vilket ledde till bildningen av perkloratsalt som sedan hydrolyserades för att nå målföreningen (5) . Bromalkoximellanprodukterna 6a-i och 8a-c framställdes sedan via reaktionen av 4a-d eller 5 med lämplig mängd dibromoalkaner i en acetonlösning av vattenfri K2CO3 under återloppskokning under 4 timmar. Förening 7 syntetiserades separat genom amideringsreaktionen mellan LA och propargylamin i närvaro av 4- dimetylaminopyridin (DMAP) och N,N'-dicyklohexylkarbodimid (EDCI).

Målföreningarna 9–20 framställdes slutligen genom en trekomponentsreaktion i en behållare mellan föreningarna 6a-i eller 8a-c, natriumazid och förening 7 katalyserad av koppar (II). Biologisk analys Primärt utvärderades neuroprotektion och kolinesterashämmande aktiviteter för alla målföreningar 9–20 för att hitta den bästa potenta substansen för vidare studier. Neuroskyddsstyrka mot PC12-cellskada inducerad av H2O2 Oxidativ skada och neurotoxicitet skapad av H2O2 anses vara den viktigaste faktorn som styr utvecklingen av neurodegenerativ störning [60]. Därför screenades neuroprotektionsaktiviteten hos de beredda kromon-LA-konjugaten 9–20 vid olika koncentrationer av 1, 5, 10, 20 och 50 μM med hjälp av MTT-analys. Alla föreningar, i alla koncentrationer, kan signifikant öka cellviabiliteten för PC12-celler dosberoende, även vid en låg koncentration på 1 μM (tabell 1, p <>

Intressant nog uppvisade föreningarna 15, 16 och 17 med fem kolkedjelängder (n=5) högre neuroprotektiv aktivitet än den för quercetin som referensläkemedel i alla koncentrationer. Genom jämförelse mellan föreningarna 9, 11 och 15 som bär enkel 2-fenyl-4H-kromen-4-en del och olika kolkedjelängder (n=3, 4 och 5 för föreningarna 9, 11 respektive 15) skulle det kunna antydas att en ökning av storleken på tvärbindaren skulle kunna öka den neuroskyddande aktiviteten hos målföreningarna (tabell 1). Samma beteende sågs också för föreningarna 18–20 som 4H-kromen-4-1-derivat substituerade i 7 positioner. Noterbart var att de osubstituerade kromderivaten hade mindre neuroprotektiv aktivitet på den H2O2-inducerade celldöden än halosubstituerade analoger (jämför förening 9 med förening 10, förening 11 med föreningar 12–14 och förening 15 med föreningar 16 och till och med 17 vid särskilt höga koncentrationer). Kolinesterashämmande aktivitet AChE- och BuChE-hämmande aktivitet av alla kromon-LA-konjugat 9–20 undersöktes. Tabell 2 visar IC50-värdena för föreningarna jämfört med standardläkemedlet donepezil. Ingen signifikant effekt observerades mot AChE vid 100 μM för de flesta av föreningarna, förutom 7-fluorderivat (13) med måttlig aktivitet (IC50=56.50 μM). Resultaten avslöjade att aktiviteten hos de 7- positionssubstituerade derivaten (18–20) mot BuChE var bättre än de 2-positionsmodifierade derivaten (9–17).

Bland de 7-substituerade derivaten visade endast föreningarna 18 och 19 med 3 eller 4 atomers kedjelängder lämplig anti-BuChE-aktivitet (IC50=15.32 respektive 7.55 μM). Förening 20 med 5 kol spacer (n=5) avslöjade ingen aktivitet mot BuChE, vilket bekräftar den stora effekten av tvärbindaren och storleken på molekylen att ockupera det aktiva enzymstället. Därför har förlängningen av linkern ingen positiv effekt på BuChE-hämmande styrka. När takrinbärande halogensubstituent konjugerades till LA med 3 kol-spacer, förbättrades AChE- och BuChE-inhiberingsaktiviteterna, särskilt AChEI-aktivitet, jämfört med takrin [35]. Studien bekräftade den viktiga roll som längden av tvärbindaren spelar på målföreningarnas ChEs-inhiberingsaktivitet. En tidigare studie avslöjade också att hybridisering av takrin med kromonställning förbättrar BuChE-hämningsaktiviteten mer än den för AChEI, vilket stämmer väl överens med uppnåendet av våra resultat [30]. Samma resultat observerades också när andra välkända farmakoforer kombinerades. Bindning av LA och/eller kromon till rivastigmin resulterade i en högre BuChE-hämningsaktivitet än AChE-hämning [28]. Det verkar som att LA kan förbättra BuChE-inhiberingsaktiviteten hos moderställningen mer än AChE-inhiberingsaktivitet. Baserat på resultaten verkar det som att elektrondonerande grupper på kromonställningen och även användning av en lämplig spacer för att förhindra molekylär vikning kan underlätta korrekta interaktioner med enzymet som transformerar målföreningar till mer potenta hämmare.