（应用化学专业论文）新型乙酰胆碱酯酶抑制剂的设计、合成与生物活性测定.pdf

摘要 以进行性记忆减退和认知障碍为特征的阿尔茨海默病( a l z h e i m e r s d i s e a s e ，a d ) 是严重威胁老年人生命健康的神经系统退行性疾病。目前 l 临床使用的a d 治疗药物主要是针对症状治疗的乙酰胆碱酯酶 ( a c e t y l c h o l i n e s t e r a s e ，a c h e ) 抑制剂。新近研究发现a c h e ，尤其是外 周阴离子位点( p e r i p h e r a la n i o n i cs i t e s ，p a s ) ，能加速1 3 淀粉样蛋白( 1 3 a m y l o i dp e p t i d e ，a1 3 ) 的聚集和沉积，并与a1 3 结合形成一种稳定且神 经毒性很强的复合物。因此，开发能同时作用于a c h e 中心催化位点 ( c a t a l y t i ct r i a d ) 与p a s 的新型抑制剂将更具前景，既能改善a d 症状( 抑 制a c h e ) 又能逆转其病理过程( 抑制a1 3 的沉积) ，为a d 的治愈提供 了一个新方向。 本文以具有中等a c h e 抑制活性的延胡索类生物碱c o r y d a l i n e 为先 导化合物，研究了它与a c h e 的相互作用模式，引入开环与增长碳链长 的思想，虚拟筛选获得了一系列具有潜在高活性的开环衍生物；对预测 活性较高的4 个开环衍生物( il i4 ) 进行了合成研究与结构表征；并 对目标产物il i4 与关键中间体l 4 进行了体外a c h e 抑制活性 测定及药代动力学与毒性( a d m e t ) 预测。 利用分子对接方法g o l d ，研究了c o r y d a l i n e 与a c h e 的结合模型， 并虚拟筛选了一系列具有不同碳链长度和取代基的开环衍生物以获得潜 在高活性化合物。分子对接结果表明，c o r y d a l i n e 与开口构象的酶结合可 能性最大。结合模型显示：其a 环与外周阴离子位点t y r 3 3 4 产生兀7 c 堆 积，质子化氮原子与疏水位点p h e 3 3 0 产生阳离子一兀作用，d 环深入到活 性1 2 1 袋底部的催化位点，与芳香性残基t r p 8 4 产生7 c 一7 c 堆积。虚拟筛选 发现，大部分开环衍生物的得分均高于母体结构，得分排名前1 5 位的化 合物主要为被苄氧基等大基团取代且连接碳链长为2 7 的衍生物。 以3 ，4 二甲氧基苯甲醛为原料，经缩合、加成、还原、环合、酰化、 再还原等步骤，共合成化合物1 8 个，其中目标产物4 个。化合物纯度由 t l c 和h p l c 检测，结构经1 h n m r 、i r 、元素分析等现代检测手段鉴 定，结果与化合物结构相符。并改进了主要中间体3 ，4 一二甲氧基苯乙酸 的合成工艺，以3 ，4 二甲氧基苯甲醛为原料，步骤缩短为缩合、还原、 氧化三步，产率由4 5 o 提高到6 2 6 。 对目标产物il i4 及关键中间体l 4 进行了体外a c h e 抑制 活性测定，均表现出较强的抑制活性，其中5 个化合物的抑制活性比阳 性对照药物加兰他敏( g n t ) 高，活性最强的化合物i2 的5 0 抑制浓度 ( i c 5 0 ) 约为g n t 的1 2 2 5 。 通过软件p a l l a s 对化合物il i4 和1 v i l 4 、c o r y d a l i n e 及g n t 进 行了a d m e t 预测。参加预测的8 个新化合物的药代动力学特征良好， 毒性也没有相对比先导化合物增加，显示较强的成药性，有望进一步开 发成为治疗阿尔茨海默病的候选药物。 关键词c o r y d a l i n e ，开环衍生物，乙酰胆碱酯酶抑制剂，分子对接，合 成，抑制活性 i i a b s t r a c t a l z h e i m e r sd i s e a s e ( a d ) ，w h i c hi sc h a r a c t e r i z e db y p r o g r e s s i v el o s so f m e m o r ya n di m p a i r m e n ti nc o g n i t i o n ，i sb e c o m i n gas e r i o u st h r e a tt o l i f e e x p e c t a n c yf o re l d e r l yp e o p l e c u r r e n tc l i n i c a lt h e r a p yf o ra dp a t i e n t si s m a i n l yp a l l i a t i v et r e a t m e n tt a r g e t i n ga c e t y l c h o l i n e s t e r a s e ( a c h e ) r e c e n t l y a c h e ，p a r t i c u l a r l yt h ep e r i p h e r a la n i o n i cs i t e s ( p a s ) ，w a si n d i c a t e dt ob e i n v o l v e di na 1 3p e p t i d ea g g r e g a t i o n - p r o m o t i n ga c t i o na n dc r e a t e das t e a d y c o m p o u n dw i t ha 1 3 ，w h i c hi s m o r en e u r o t o x i c i t yt h a na 1 3 t h u s ，a c h e i n h i b i t o r s ，w h i c hs i m u l t a n e o u s l yb l o c kb o t ht h ec a t a l y t i ca n dp a s ，m i g h tn o t o n l ya l l e v i a t et h ec o g n i t i v ed e f i c i to fa dp a t i e n t sb ye l e v a t i n ga c hl e v e l s ， b u ta l s oa c ta sd i s e a s e - m o d i f y i n ga g e n t sd e l a y i n ga m y l o i dp l a q u ef o r m a t i o n s u c ha c h ei n h i b i t o r sa r eb e c o m i n gan e wf i e l df o ra d t h e r a p y i nt h i s t h e s i s ，at y p eo fc o r d a l i s a l k a l o i d c o r y d a l i n e ，w h i c h h a s d e m o n s t r a t e dm o d e r a t ei n h i b i t i o nt oa c h e ，w a su s e da sal e a dc o m p o u n dt o o b t a i nt h ea c t i o nm e c h a n i s mo fc o r y d a l i n et oa c h ea n ds c r e e nas e r i e so fi t s o p e nr i n gd e r i v a t i v e sb ym e a n so fm o l e c u l a rd o c k i n ga n dv i r t u a l s c r e e n b a s e do nt h e s ev i r t u a ls c r e e n i n gr e s u l t s ，4d e r i v a t i v e sw i t hh i g hp o t e n t i a l a c t i v i t yw e r es y n t h e s i z e da n dc h a r a c t e r i z e d ，a l s ot h et a r g e tc o m p o u n d sil i4a n dt h ek e yi n t e r m e d i a t e sv i1 v 1 4w a st e s t e df o rt h e i ra c h ei n h i b i t o r y a c t i v i t yi nv i t r o m o l e c u l a rd o c k i n gm e t h o d ( g o l d ) w a su s e dt oi n v e s t i g a t et h eb i n d i n g m o d eo fc o r y d a l i n ew i t ha c e t y l c h o l i n e s t e r a s ea n dt os c r e e nas e r i e so fo p e n r i n gd e r i v a t i v e s w i t hd i f f e r e n tc a r b o nl i n k a g e sa n dd i f f e r e n ts u b s t i t u e n t g r o u p s t h eb e s tr e s u l tw a so b t a i n e db yg o l d w h e nc o r y d a l i n ew a sb o u n d t ot h ee n z y m ec a t a l y t i cs i t ei na no p e nc o n f o r m a t i o n t h ec o n f o r m a t i o n m o d e li n d i c a t e st h a tp h e n y lr i n gai n t e r a c t sw i t ht h ep h e n y lg r o u po ft y r3 34 v i aac l a s s i cp a r a l l e l 兀- 兀a c c u m u l a t i o na n dt h a tt h e p o s i t i v e l yc h a r g e d n i t r o g e na t o mi n t e r a c t sw i t ht h ep h e n y lg r o u po fp h e3 30i nt h eh y d r o p h o b i c s i t eb yt h ec a t i o n 一兀e f f e c t p h e n y ldt h a tp e n e t r a t et ot h ec a t a l y t i cp o s i t i o na t t h eb o t t o mo ft h ea c t i v ep o c k e t ，i n t e r a c tw i t ht r p8 4v i a 兀一7 【e f f e c t v i r t u a l s c r e e n i n gs h o w e dt h a tt h es c o r e so fm o s td e r i v a t i v e sw e r eh i g h e rt h a nt h a to f c o r y d a l i n e ，a n dt h e15o p e nr i n gs u b s t a n c e sw i t ht h eh i g h e s ts c o r e sw e r e i i i m a i n l yd e r i v e df r o mt h o s es u b s t i t u t e d t o7 - c a r b o nl i n k a g e s b yp h e n o x yg r o u p sa n dt h o s ew i t h2 - 18 c o m p o u n d si n c l u d i n g4t a r g e tc o m p o u n d sw i t h3 , 4 - d i m e t h o x y l - - b e n z a l d e h y d ea ss t a r t i n gr e a g e n tw e r et o t a l l ys y n t h e s i z e d t h e w h o l e s y n t h e s i ss t e p si n c l u d i n gc o n d e n s a t i o n ，a d d i t i o n , r e d u c t i o n ，c y c l i z a t i o n , a c y l a t i o na n dr e d u c t i o n t h ep u r i t yo ft h ec o m p o u n d sw a sc h e c k e db yt l c a n dh p l c ，a n dt h es t r u c t u r e sw e r ec o n f i r m e db y 1h n m r ，i r a n de l e m e n t a l a n a l y s i s a d d i t i o n l l y , t h es y n t h e t i ct e c h n i c so f3 , 4 - d i m e t h o x y l p h e n y l a c e t i c a c i df r o m 3 , 4 - d i m e t h o x y l - b e n z a l d e h y d e w a so p t i m i z e db yt h e s t e p s o f c o n d e n s a t i o n ，r e d u c t i o na n do x i d a t i o na n dt h ey i e l dw a si m p r o v e dt o6 2 6 f r o mp r e v i o u s l y4 5 o t h et a r g e tc o m p o u n d sil i4a n dt h ek e yi n t e r m e d i a t e sw ii v 1 4w e r e t e s t e df o rt h e i ra c h ei n h i b i t o r ya c t i v i t yi nv i t r o a 1 lo ft h e me x h i b i t e dh i g h a c h ei n h i b i t o r ya c t i v i t ya n d5o ft h e ma r eh i g h e rt h a np o s i t i v ec o n t r o ld r u g g a l a n t h a m i n e ，e s p e c i a l l yc o m p o u n di2h a sa l m o s t2 2 5t i m e sm o r ei n h i b i t i o n a c t i v i t ya sc o m p a r e dt og a l a n t h a m i n e p h a r m a c o k i n e t i c sa n dt o x i c i t yo fc o m p o u n d si1 i4 ，l 4 ， c o r y d a l i n ea n dg a l a n t h a m i n ew a sp r e d i c t e db yp a l l a s a l lt h ec o m p o u d s p o s s e s sg o o dp h a r m a c o k i n e t i cc h a r a c t e r i s t i c s ，a n d t h et o x i c i t i e sd on o t i n c r e a s ea sc o m p a r e dt ol e a dc o m p o u n d ，s h o w i n gg o o dd r u g a b i l i t y t h e r e f o r e ， i t sav e r yp r o m i s i n gl e a dc o m p o u n d sf o r t h et r e a t m e n to fa d k e yw o r d sc o r y d a l i n e ，o p e nr i n gd e r i v a t i v e s ，a c e t y l c h o l i n e s t e r a s i n h i b i t o r , m o l e c u l a rd o c k i n g ，s y n t h e s i s ，i n h i b i t o r ya c t i v i t y i v 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获 得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的 同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名： 盗整日期：j 丝 上年立月尘日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学 位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以 采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 作者签名：j 生塑一导师签名瘟至兰鱼日期：卫年月生日 硕士学位论文 第一章文献综述 1 1 引言 第一章文献综述 阿尔茨海默症( a l z h e i m e r sd i s e a s e ，a d ) 又称老年痴呆症，是一种慢性进行性中 枢神经系统退行性疾病，典型症状与脑内胆碱能减退有关，病理改变以老年斑( s e n i l e p l a q u e ，s p ) 和神经纤维缠结( n e u r o n a lf i b r i lt a n g l e ，n i l ) 为特征。它是老年人的常见 病，并随着年龄的增长患病率急剧增加，6 5 6 9 岁约为1 5 ，8 5 岁以上则达到4 7 i l j 。 它已经成为老年人群中继心脑血管病、恶性肿瘤之后的第三大“杀手 。据专家预测， a d 作为严重的老年性疾病将成为2 l 世纪人类社会的流行病，给社会和医疗保健系 统带来沉重负担【2 】。因此，加速对a d 致病机理的研究和寻找有效的a d 治疗药物有 着重要的医学和社会意义，已经成为国际医药界瞩目的热点和前沿领域。 a d 的生化机理和发病机制的研究己取得相当进展，普遍认为，a d 患者脑内胆 碱能功能的减退是认知障碍和记忆能力缺损的直接原因，1 3 淀粉样蛋白( 1 3 a m y l o i d p e p t i d e ，ab ) 是引起患者病理学特征的根本原因，a1 3 的聚集沉积诱发一系列的生化 反应，从而导致神经功能紊乱。因此治疗a d 可以通过增加脑内乙酰胆碱 ( a c e t y l c h o l i n e ，a c h ) 含量，减少ab 的产生和聚集，促进a1 3 的分解等方法，也 可以通过调控由a 1 3 聚集而引起的一系列生化反应( 如：自由基毒性、炎症、细胞 膜受损和钙离子失衡等) 。 目前临床使用的a d 治疗药物主要是乙酰胆碱酯酶( a c e t y l c h o l i n e s t e r a s e ，a c h e ) 抑制剂，该类药物能够选择性抑制脑内a c h e 的活性，延长a c h 在大脑内的存留时 间，提高a d 病人的胆碱神经功能和认知能力。美国食品和药品管理局( f d a ) 批 准上市的五个a d 治疗药物中有四个为a c h e 抑制剂，包括他克林( t a c r i n e ) 、多奈 哌齐( d o n e p e z i l ) 、利斯的明( r i v a s t i g m i n e ) 和加兰他敏( g a l a n t h a m i n e ，g n t ) 。 我国自主开发的a c l l e 抑制剂石杉碱甲( h u p a ) 也已在国内上市。但是，已有的 a c h e 抑制剂通常只能减轻症状而不能从根本上治愈a d ，而且存在肝中毒、半衰期 短、中枢选择性差等缺点而在临床应用上受到限制。 近期实验证明：a c h e 是a1 3 聚集最重要的分子伴侣，其外周阴离子位点 ( p e r i p h e r a la n i o n i cs i t e s ，p a s ) 能加速a1 3 的聚集、诱导a1 3 沉积，并与a1 3 结合形 成一种稳定的复合物，而比单纯的a1 3 更具神经毒性【3 一。因此，开发能同时作用于 a c l l e 中心催化位点( c a t a l y t i ct r i a d ) 与p a s 的新型a c h e 抑制剂将更具前景，对多 作用点a c h e 抑制剂在a d 病理过程中的认识将激起新一轮的研发热潮，也为a d 的治愈提供了新的方向。 硕士学位论文第一章文献综述 本章综述近年来乙酰胆碱酯酶抑制剂的研究进展。 1 2 经典结构乙酰胆碱酯酶抑制剂的研究进展 a c h e 抑制剂是通过抑制a c h e 活性来提高突触i 日j 的a c h 浓度，并激动脑内突 触后膜m ( 主要为m 1 ) 受体和n 受体，从而改善学习记忆功能和认知水平，从结 构上可分为吖啶类、苄基哌啶类、氨基甲酸酯类和生物碱类。 1 2 1 他克林为代表的吖啶类 他克林，化学名为l ，2 ，3 ，4 四氢9 氨基吖啶( 化合物1 ) ，是吖啶类结构的代表， 第一个于1 9 9 3 年获美国f d a 批准的用于治疗轻至中度a d 的药物，属于可逆性非 选择性a c h e 抑制剂。由于其外周胆碱能刺激和肝脏毒性作用，已基本不再应用于 临床。在早期发现的他克林系列衍生物中，阿米利定( a m i r i d i n e ，2 ) 已经进入a d 治 疗的i i i 期临床i 引。 r a m p a 等【6 】将他克林的环己烷环用茚取代，设计并合成了茚并喹啉 ( i n d e n o q u i n o l i n e ，3 ) 类结构，并通过分子模拟揭示了该类化合物与酶活性位点的相 互作用，不过其中活性最高的氟取代化合物，活性也仅为他克林的一半。 m a r c o c o n t e l l e s 等【7 】将他克林与钙离子拮抗剂尼莫地平的二氢吡啶( d h p ) 部分 杂合在一起，组成了一类具有a c h e 抑制、神经保护和钙离子拮抗等多重作用的新 型先导物( t a c r i n e d h ph y b r i d ，4 ) 。 1t a c d n e2 锄i r i d i n c 3i i l d e n o q u i n o h n e i c 5 0 = 4 3 0 n m 1 2 2 多奈哌齐为代表的苄基哌啶类 、o h 4 诅c r m e d h ph y b r i d i c 5 0 2 8 0 n m 多奈哌齐( 化合物5 ) 是1 9 9 7 年第二个获美国f d a 批准的可逆性a c h e 抑制剂， 全球销售额位居a d 药物榜首，具有治疗剂量小、毒副作用低、耐受性好的优点。 多奈哌齐的结构中含有苄基哌啶单元，它与a c h e 蛋白复合物的x 衍射晶体结构表 明，其苄基部分在活性中心与t r p 8 4 并行产生兀- 兀堆积作用，中间的哌啶环作用于通 道中间部位，其n 原子质子化后与a c h e 中p h e 3 3 0 的苯环产生阳离子- 兀作用，同时 又与水分子形成氢键；茚酮部分和外周活性位点发生疏水结合，与t r p 2 7 9 形成7 1 ：- 兀 2 硕士学位论文第一章文献综述 堆积。苄基哌啶类a c h e 抑制剂与多奈哌齐的作用模式类似，具有双位点结合的性 质，能同时作用于中心催化位点和p a s 。 在2 0 世纪9 0 年代中后期对先导物的结构优化中，基本保留了苄基哌啶结构， 主要对茚酮环部位进行结构改造，将茚酮环替换为其他生物电子等排的杂环。 z a n a p e z i l ( t a k - 1 4 7 ，6 ) 是其中最具i j 景的药物，目前正处于i i i 期临床试验阶段。 e i s a i 公司继多奈哌齐之后，于近期又申请了一类茚酮2 一位卤素取代的多奈哌齐 类似物( 化合物7 ) 的国际专利【8 】，其中氟原子取代和氯原子取代的衍生物活性分别 比多奈哌齐高出5 倍和3 3 倍。 m a r t i n e z a 等【9 j 设计了一类苄基哌啶衍生物，用1 ，2 ，4 噻二唑啉酮 ( 1 , 2 ，4 t h i a d i a z o l i d i n o n e ，8 ) 替代茚酮。最优化合物的活性与他克林相当，比多奈哌 齐低3 5 倍，对a c h e 具有高度选择性，其抑制活性是对丁酰胆碱酯酶 ( b u t y r y l c h o l i n e s t e r a s e ，b c h e ) 的6 10 倍。 浙江大学胡永洲教授课题组【1 0 1 对苄基哌啶部位进行改造，合成了一系列苯氧基 茚酮( p h e n o x y i n d a n o n e ，9 ) 结构的类似物，其中苯环对位四氢吡咯甲基取代的衍生 物活性最高，但也没有超过多奈哌齐，是其活性的三分之一。 h 3 c o h 3 c o h a c o h 3 c o o 5d o n e p e z i l o 7d o n e p e z i lh a l o g e n o - a n a l o g u e s r _ f i c 5 0 2 1 3 n m r = c 1 i c s o = 2 n m o 6z a n a p e z i l f r a k 一14 7 ) i c 5 0 = 51 2 n m 办n 飞 慧舾。 q o 81 2 4 蛳撕砌n e 删哪 9p h e n o x y i n d a n o n e i c 5 0 = 5 0 n m 硕士学位论文 第一章文献综述 1 2 3 利斯的明为代表的氨基甲酸酯类 a c h e 水解a c h 的作用机理是：a c h 的季铵氮原子与酶的阴离子部位通过离子 键结合，组氨酸残基的咪唑基上的质子与a c h 羰基氧形成氢键，丝氨酸残基上的羟 基亲核进攻带部分正电荷的羰基，以共价键结合形成a c h a c h e 过渡态，由于过渡 态不稳定，生成胆碱和乙酰化的a c h e ，后者迅速水解重新生成活泼的a c h e 。由于 a c h e 丝氨酸残基上的羟基容易亲核进攻化合物的氨基甲酸酯部分，生成氨基甲酰化 的a c h e ，它的水解速率比乙酰化的a c h e 慢得多，半衰期是后者的上千万倍，因此 抑制了a c l 也的活性。 1 2 3 1 毒扁豆碱类似物 毒扁豆碱( p h y s o s t i g m i n e ，1 0 ) 是从非洲出产的毒扁豆种子中提取得到的生物碱， 是迄今发现最早的氨基甲酸酯类a c h e 抑制剂。它和庚基毒扁豆碱( e p t a s t i g m i n e ，1 1 ) 虽然都具有很强的a c h e 抑制活性，但是毒性太大，易引起胆碱能中毒反应，故而 不能应用于临床。 对氧化毒扁豆碱( g e n e s e f i n e ) 的异构体和衍生物研究发现，2 一乙苯基取代的毒 扁豆碱n 氧化物( 2 - e t h y l p h e n y l g e n e s e r i n e ，1 3 ) 和1 ，2 嗯嗪异构体( 2 一e t h y l p h e n y l g e n e s e d n eo x a z i n e 。1 4 ) 具有较好的a c h e 抑制活性【6 j 。 一般认为毒扁豆碱c 环上质子化的n 1 c h 3 ( p k a = 8 4 6 ) 是重要的碱性中心，因 为b 环n 8 c h 3 ( p k a = 3 7 ) 碱性很弱。可是，在毒扁豆次碱( p h y s o v e n i n e ，1 5 ) 的结 构中碱性n i c h 3 被o 原子替代，抑制活性仍保留。更有趣的是，迸一步将n 8 - c h 3 也替换成o 原子，得到的四氢呋喃并苯并呋喃( t e t r a h y d r o f u r o b e n z o f u r a n ，1 6 ) 结构 和苯并二氧嗯庚( b e n z o d i o x e p i n e ，1 7 ) 结构，也具有很强的a c h e 抑制活性【1 1 1 2 】。说 明毒扁豆碱类似物的b 环和c 环与a c h e 的作用可能是一种氢键作用而非离子型相 互作用。而且r 基团决定a c h e b c h e 选择性，r 为乙基和4 异丙苯基时，显示中 等强度的b c h e 选择性；而r 为2 甲苯基时，则对a c h e 具有高度的选择性。 非色林( p h e n s e r i n e ，1 2 ) 是毒扁豆碱的苯氨基甲酸酯，活性比毒扁豆碱略低，对 a c h e 的选择性比毒扁豆碱高得多，毒性显著降低。非色林不仅抑制a c h e ，还可通 过转录后调控a p p 的表达，降低脑内a1 3 的水平，因而可能对a d 的治疗起疾病修 饰作用。目前非色林正在进行轻至中度a d 的i i i 期临床试验，上市的希望很大。 非色林的苯胺环上2 ，3 ，4 一位不同位置组合的单、多取代对活性造成不同影响 ( 化合物1 8 ) 。2 位取代时a c h e 抑制活性增强，b c h e 抑制活性降低；4 - 位取代时 恰好相反；3 位取代时对b c h e 抑制活性增强，a c h e 选择性降低。二取代对b c h e 的抑制活性有不同程度的增强，a c h e 选择性有所降低。苯胺环2 ，4 ，6 三取代、6 4 硕士学位论文第一章文献综述 甲基和n 一甲基取代，由于位阻的增加、二面角改变而使活性大大降低【1 3 】。 h r 7 n 丫 o c h 3 、c h 3 3 10r = m e p h y s o s t i g m i n e 1 1r = h e p t y le p t a s t i g m in e 12r - - p h p h e n s e r i n e 叫矿嫱 丫 o p h i c h 3 b h 3 c l l32 e t h y l p h e n y l g e n e s e r i n e i c 5 0 2 12 5 n m i c h 3 1 42 刮h y l p 甓睁n e n 眦m e 1 5p h y s o v e n i n e 1 6t etrah,d=65nm i ot e t r a n y a r o i u r o o e n z o ! 一嘞 i c n 1 1儿嵋u姗 17b e n z o d i o x e p i n e 1 2 3 2 利斯的明类似物 r i 9 n 矿。 b h 3 18p h e n s e r i n ea n a l o g u e s c h 3 利斯的明( 化合物1 9 ) 是第二代非竞争性氨基甲酸酯类a c h e 抑制剂，于2 0 0 0 年被f d a 批准用于治疗轻至中度a d 。它的作用特点是：选择性作用于海马区和大 脑皮层，通过抑制a c h eg 1 而发挥作用，对g 1 的抑制比对1 3 4 的抑制强4 倍：对 b c h e 具有选择性( 1 2 2 倍) ；作用持续时间长达1 0 小时。利斯的明高度的脑选择性、 化学稳定性和耐受性使之成为了可靠的临床药物，目前销量仅次于多奈哌齐，且上 升趋势显著。 、 n | l y n f i o 1 9r i v a s t i g m i n e n i o 0 2 l 2 2x = o , s c h 2 利斯的明氨基甲酸酯部分的结构改造已有很多报道，但对碱性n 原子部分改造 的报道较少。m u s t a z z a 等1 4 1 用2 哌啶基和n 哌啶基替代利斯的明的二甲氨基，改变 哌啶基与苯环连接的碳原子数，并探测氨基甲酰氧基在苯环的最佳取代位置。结果 显示，当哌啶基与苯环间隔一个亚甲基时，a c h e 活性最高，增加或者减少碳原子数 目均导致活性降低；亚甲基上甲基取代活性增加；苯环间位氨基甲酰氧基取代活性 5 h o r o 工z 矿o r o = 0o 上)k 扩 硕士学位论文第一章文献综述 最强。可见，氨基甲酸酯类的活性与氨甲酰基与碱性氮之间的空间距离有着某种必 然的联系。最低能量构象比较发现，间位氨基甲酰氧基取代物中活性最高的化合物 2 0 ( i c 5 0 - - 7 n m ) c n 间距为6 6 a ；邻位取代物中活性最高的化合物2 1 ( i c s 0 = 1 0 n m ) c - n 间距为4 5 a 。 m e l c h i o r r e 等1 1 5 】对利斯的明的柔性构象加以限制，用苯并吡哺并【4 ，3 - b 】吡咯三环 系统( 化合物2 2 ) 代替利斯的明的二甲氨基a 甲基节基部分。a 环6 ，7 ，8 位甲氨基 甲酰基取代位置不同，对活性造成巨大的影响，其中6 位取代活性最好，与利斯的 明的结构相符。b 环x 取代o 、s 和c h 2 等生物电子等排体，s 原子活性最高，o 原 子次之。与利斯的明比较，构象限制衍生物的a c h e 抑制活性明显提高，其中s 原 子取代的化合物( x = s ) 比利斯的明高1 9 2 倍。构象分析表明，限制构象可能正是利 斯的明的低能活性构象，因此活性得到大大提高。 1 2 4 以加兰他敏为代表的生物碱类 1 2 4 1 加兰他敏及类似物 加兰他敏( 化合物2 3 ) 最初是从石蒜科植物中提取的一种生物碱，为竞争性可 逆性a c h e 抑制剂，过去用于治疗重症肌无力，2 0 0 1 年获美国f d a 批准用于治疗 a d 。研究表明它还是烟碱受体的激动剂，它的双重功能引起人们极大的关注。由于 它的结构相当复杂，而且仅有左旋体具有抑制活性，因此它的消旋体以及左旋体的 全合成为近年来有机合成的热点。 一，o h 3 c 、 c h 3 2 3g a l a n t h a m i n e o h o h 3 c o 2 4s a n g u i n i n e 2 511 - h y d r o x y g a l a n t a m i n e h h 3 c o 2 6a s s o a n l 。n e 2 7e p i n o r g a l a n t a m i n e 6 h o h 2 8o x o a s s o a n i n e h 3 o o 硕士学位论文第一章文献综述 另外，在石蒜科植物中还发现了血根碱( s a n g u i n i n e ，2 4 ) ，1 1 羟基加兰他敏 ( 11 - h y d r o x y g a l a n t a m i n e 2 5 ) ，a s s o a n i n e ( 2 6 ) ，e p i n o r g a l a n t a m i n e ( 2 7 ) 和o x o a s s o a n i n e ( 2 8 ) 等抗乙酰胆碱酯酶的活性成分【1 6 l 。 1 2 4 2 石杉碱甲及类似物 石杉碱甲( h u p e r z i n ea ，h u p a2 9 ) ，是中科院上海药物所从植物千层塔的酚性 部分获得的生物碱，药理研究表明石杉碱甲是一高效、高选择性的可逆性a c h e 抑 制剂，目前已经在国内上市，它的选择性、生物利用度和改善工作记忆的作用高于 他克林和多奈呱齐( e 2 0 2 0 ) ，因此具有良好的治疗a d 前景1 1 7 j 。 近期，在对石杉碱甲的性质优化中，上海药物所又发现一个s c h i f f 碱类的石杉 碱甲前体药物z t - 1 ( 化合物3 0 ) ，能克服石杉碱甲降解速度过快、体内半衰期较短 的缺点i l 引。2 0 0 0 年，上海药物所与瑞士德彪公司合作开发，并与2 0 0 4 年起在欧洲6 个国家同步开展国际多中心i i 期临床试验，有望成为我国具有自主知识产权，又有 希望打入国际市场的创新药物。 石杉碱甲在植物中含量很低，其复杂结构又使人工合成成本远远高于植物提取， 于是人们便把目光转移到保留活性的基础上简化其结构。但其特殊结构，使保留其整 体骨架的类似物合成在难度上不亚于全合成。目前的研究主要集中在应用一些结构 简化的片段代替石杉碱甲，然而已合成的可能的单环或双环结构几乎没有活性，但它 与现有的结构最简单的乙酰胆碱酯酶抑制剂t a c f i n e 结合后，其抑制活性取得了一定 的进展，如：石杉碱甲的桥头环结合t a c r i n e 的化合物h u p e r i n ex ( 3 1 ) 和h u p e d n ey ( 3 2 ) 显示出比石杉碱甲和t a c r i n e 更好的乙酰胆碱酯酶抑制活性【l 引。 2 9h u p e r z i n ea 3 0z t 1 1 3 多作用点乙酰胆碱酯酶抑制剂的研究 1 3 1 含他克林结构的多作用点乙酰胆碱酯酶抑制剂 c i r n h 2 3 1h u p e r i n exr = e t 3 2h u p e n n eyr = m e 他克林( t a c r i n e ，t h a ) 是第一个获美国f d a 批准治疗a d 的a c h e 抑制剂，现 因其毒副作用已基本退出药物市场。但自从1 9 9 6 年p a n g 等成功设计出高活性双 7 硕士学位论文第一章文献综述 作用点分子b i s ( 7 ) t a c r i n e ( 3 3 ) 以来，含他克林结构的多作用点抑制剂一直是研究者 们热衷的设计对象。s a v i n i 小组利用人a c h e 结构经过软件模拟研究，提出a c h e 存在第3 个作用位点一“中部作用位点( m i d g o r g ei n t e r a c t i o ns i t e ) ”的假说【z 。为 了证实该假说，小组人员设计了一系列他克林( 及其衍生物) 二聚体，在桥联的烷 基链中引入不同的原子或官能团，活性测试结果印证了“m i d g o r g ei n t e r a c t i o ns i t e ” 的存在。近来该假说被广泛认同，许多多作用点a c h e 抑制剂特意在桥联链中引入 氨基和( 或) 酰氨基团以增强与酶的结合。 m a r t i n e z 小组【2 2 】合成的他克林吲哚系列杂化体中的最优化合物酶抑制活性达到 了p m 级，如化合物3 4 的酶活性i c 5 0 为o 0 2 n m o l l ，化合物3 5 的i c 5 0 为0 0 6 n m o l l ， 通过分子对接模拟表明上述化合物酶抑制活性取决于桥连链中引入的氨基官能团以 及其在链中的位置。 c i hh n 一( c h 打n 3 3i c 5 0 = 1 5 n m n - x 、 h 3 4x = ( c h 2 ) 6 ，i c 5 0 。0 0 2 n m 3 5x - - - ( c h 2 ) 7 ，i c 5 0 = 0 0 6 n m 多奈哌齐( d o n e p e z i l ，e 2 0 2 0 ) 是f d a 批准治疗a d 的第2 个药物，多奈哌齐自 身就是一个双作用点a c h e 抑制剂，结构中的苄基哌啶部分与茚酮部分分别与a c h e 的催化位点和p a s 结合【2 3 1 。通常将这两个部分作为药效团杂合其他药效团体来设计 新的多作用点分子。a l o n s o 等 2 4 1 将他克林与多奈派齐的茚酮部分相连，并将茚酮部 分改变成肽酰亚胺结构后得到的化合物的a c h e 抑制活性大大增强，通过构效关系 研究认为肽酰亚胺结构为很好的p a s 配基。s h a o 等【2 5 】将他克林与n 一苄基哌啶连接， 得到的化合物3 6 的a c h e 抑制活性i c 5 0 为6 0 n m o l l ，其对a c h e 的活性和选择性 分别是他克林的3 7 和3 l 倍。 近期r o d r i g u e z f r a n c o 等【2 6 j 通过将一分子褪黑激素( n 乙酰5 甲氧基色胺) 与 他克林用亚甲基链连接( 化合物3 7 ) ，希望该分子不仅具有乙酰胆碱酯酶抑制活性， 而且有褪黑激素的抗氧化特性，从而以双重作用治疗a d 。活性测试发现本系列化合 物对人a c h e 的抑制活性从n m 级到p m 级，且有很高的选择性和中枢透过能力。构 效关系研究表明桥链含6 个亚甲基时活性最大，如化合物3 7 的i c 5 0 为o 0 0 8 n m o l l ，