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松萝酸衍生物的设计、合成及抗阿尔兹海默症研究认领

作者：

张莉莉

学位授予单位：

天津中医药大学

摘要：

阿尔兹海默症（Alzheimer's disease,AD）俗称老年痴呆症,是老年人中常见的中枢神经系统退行性疾病,占痴呆症的60%～80%,具有不可逆性和致死性。其发病机制较为复杂,主要包括β-淀粉样蛋白异常沉积、Tau蛋白过度磷酸化、神经炎症反应、线粒体功能障碍和胆碱能神经系统损伤等,其中胆碱能神经系统损伤学说是最早提出的AD发病学说,在AD发病学说中占据重要地位。目前临床上用于治疗AD的代表药物有他克林、多奈哌齐、卡巴拉汀、加兰他敏,这些药物副作用较大或在轻中度患者的长期治疗中有效率较低,因此需要寻找新的药物用于AD的治疗。地衣是光合生物和真菌的共生联合体,广泛应用于传统中医药。松萝酸（Usnic acid,UA）是地衣植物中分布最广泛的代谢产物之一,具有广谱生物活性,如抗炎、促进伤口愈合、抗氧化、抗菌、抗原虫、抗病毒和抗肿瘤等。已有研究发现UA可以作为抗氧化剂治疗与氧化损伤有关的神经退行性疾病（如AD）,UA对映异构体在恢复认知缺陷和调节与AD相关的氧化/炎症级联方面具有潜力。且UA结构中存在乙酰基和羟基等可取代的位置,已有众多研究者对UA开展结构修饰和改造。但在治疗AD方面,对UA及其衍生物抑制胆碱酯酶的活性研究较少。药效团模型虚拟筛选结合药理实验可以快速、高效地发现具有较好活性的化合物。因此本研究拟通过Discovery Studio（DS）软件中Hypo Gen算法构建乙酰胆碱酯酶（Acetyl cholinesterase,AChE）和丁酰胆碱酯酶（Butyryl cholinesterase,BChE）抑制剂药效团模型,通过药效团模型虚拟筛选设计UA衍生物,并对衍生物进行合成,再通过体外活性实验测定化合物胆碱酯酶抑制活性,然后通过DS软件中CDOCKER模块进行分子对接,探究化合物与蛋白的结合模式,最后通过DPPH自由基清除实验测定化合物的抗氧化能力,以期寻找具有抑制胆碱酯酶和抗氧化能力的UA衍生物用于治疗AD。本研究收集文献中报道的AChE和BChE抑制剂,使用DS软件中Hypo Gen算法构建了AChE和BChE抑制剂药效团模型,通过比较Total cost值、R值、RMSD值和Δcost值从所构建的20个药效团模型中选取了2个最优药效团模型,并用cost分析、测试集预测和Fischer检验验证模型的可靠性。通过药效团模型虚拟筛选设计并合成了UA衍生物31个,其中酰腙衍生物21个,腙衍生物3个,吡唑衍生物2个,查尔酮衍生物5个,均采用1H NMR、13C NMR和MS对化合物结构进行表征。采用Ellman方法测试UA及其衍生物抑制AChE和BChE的活性,结果显示,合成的31个UA衍生物中,有27个化合物抑制AChE的活性强于UA,其中活性较好的化合物为9(IC50=18.28±2.79μmol/L),11(IC50=16.07±2.37μmol/L),16(IC50=19.85±1.83μmol/L),24(IC50=17.20±0.88μmol/L)和25(IC50=19.24±2.63μmol/L)。但31个UA衍生物抑制BChE的IC50均大于200μmol/L,说明本研究合成的化合物为选择性AChE抑制剂,同时提示设计、合成具有BChE抑制活性的化合物思路有待改善。分子对接结果显示,5个抑制AChE活性较好的化合物与AChE蛋白均具有较好的结合模式,且均能与AChE的CAS位点和PAS位点双重结合。DPPH自由基清除实验结果显示,在31个UA衍生物中,有12个活性强于UA,其中活性较好的化合物为22(EC50=6.91μg/m L),24(EC50=7.89μg/m L),27(EC50=4.87μg/m L)和31(EC50=4.85μg/m L),且清除DPPH呈浓度依赖性。分析化合物抑制AChE活性及构效关系,对于酰腙衍生物,引入多个芳环、含N原子芳环、噻吩环均能增强化合物的活性,引入支链酰腙比引入芳环酰腙增强活性效果更明显。对于腙衍生物,引入含有氯原子取代基的芳环能显著增强其活性,引入含有硝基取代基的芳环则会抑制其活性。对于吡唑衍生物,引入含有羧基取代基的芳环能显著增强其活性,但是引入含有甲基和氯原子取代基的芳环则会抑制其活性。对于查尔酮衍生物,引入含有甲基的芳环比引入含有卤素原子的芳环更能增强其活性,但芳环取代基上卤素原子种类、个数和取代位置对活性的影响不明显。分析化合物清除DPPH自由基活性及构效关系,发现UA查尔酮类和腙类衍生物活性最强,其中化合物24、27和31活性仅次于阳性药VC。但吡唑衍生物活性均低于UA,表明吡唑环的引入会抑制其抗氧化活性。综上,通过比较药效团模型预测结果和活性评价结果,发现AChE抑制剂药效团模型具有一定的可靠性,可用于后续化合物的设计和筛选,但BChE抑制剂药效团模型仍需改善;研究最终得到抑制AChE和抗氧化能力均较强的化合物24,为以后UA的结构修饰提供一定的借鉴和经验。

摘要译文

关键词：

松萝酸; 结构修饰; 阿尔兹海默症; 乙酰胆碱酯酶; 丁酰胆碱酯酶; 药效团模型; 分子对接; 抗氧化活性

学位年度：

2022

学位类型：

硕士

学科专业：

中药学

导师：

邓雁如王莉宁

中图分类号：

R284[中药化学];R285[中药药理学]

学科分类号：

100801[中药资源学];100804[中药化学];100505[临床中药学];100806[中药药理学];100808[临床中药学]

D O I：

10.27368/d.cnki.gtzyy.2022.000620