Potencijal prirodno dobijenih alkaloida kao višestruko ciljanih terapeutskih agenasa za neurodegenerativne bolesti

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

sažetak:Alkaloidisu klasa sekundarnih metabolita koji se mogu dobiti iz biljaka, gljiva i morskih spužvi. Oni su nadaleko poznati kao kontinuirani izvor lijekova za liječenje kroničnih bolesti uključujući rak, dijabetes i neurodegenerativne bolesti. Na primjer, galantamin i huperzin A sualkaloidderivate koji se trenutno koriste za simptomatsko liječenje neurodegenerativnih bolesti. Etiologija neurodegenerativnih bolesti je poligena i multifaktorska, uključujući ali ne ograničavajući se na upalu, oksidativni stres i agregaciju proteina. Stoga su alkaloidi bazirani na prirodnim proizvodima sa svojstvima polifarmakološke modulacije potencijalno korisni za daljnji razvoj lijekova ili, u manjoj mjeri, kao nutraceutici za upravljanje neurodegeneracijom. Ovaj pregled ima za cilj da diskutuje i sumira nedavna dostignuća u vezi sa alkaloidima prirodnog porekla za neurodegenerativne bolesti.

Ključne riječi:alkaloidi; višeciljani agent; holinesteraza; neuroprotektivni; neuroinflamacija; neurogeneza; amiloid-beta; tau protein; sličnost sa drogom

SprečitiAlchajmerova bolestbolest sacistanche

Yew Rong Kong 1,†, Kai Ching Tay 1,†, Yi Xiang Su 1, Choon Kwang Wong 1, Wen Nee Tan 2,* i Kooi Yeong Khaw

1 Grupa za istraživanje biofunkcionalnih molekula (BMEX), Farmaceutski fakultet, Univerzitet Monash Malezija, Jalan Lagoon Selatan, Bandar Sunway 47500, Malezija

2 Hemijska sekcija, Škola za obrazovanje na daljinu, Universiti Sains Malaysia, Penang 11800, Malezija

1. Uvod

Neurodegenerativnobolestisvrstavaju se u grupu hroničnih bolesti koje su uglavnom neizlečive i koje karakteriše progresivni gubitak pamćenja i/ili odumiranje neuronskih ćelija u centralnom nervnom sistemu. Neki primjeri uključuju Alchajmerovu bolest (AD) i Parkinsonovu bolest (PD), a planovi liječenja ovih bolesti su samo simptomatski tretmani koji ne zaustavljaju progresiju bolesti [1,2]. Većina ovih bolesti usko je povezana sa godinama. Svaka neurodegenerativna bolest povezana je s različitim kliničkim manifestacijama kao što su kognitivna disfunkcija i oštećeno svakodnevno funkcioniranje [3]. U 2016. godini, oko 43,8 miliona ljudi patilo je od demencije i 6,1 milion ljudi od Parkinsonove bolesti, a taj broj nastavlja da raste iz godine u godinu [4,5]. AD čini oko 75 posto svih slučajeva demencije, stoga se smatra najčešćim oblikom demencije [6,7].

Simptomi AD uključuju gubitak pamćenja, a može napredovati u uznapredovalu fazu koja se manifestira kao agitacija, apatija, agresija, halucinacije, lažna uvjerenja i kognitivna disfunkcija; na kraju, pacijenti s teškim AD umiru od gubitka osnovnih fizioloških funkcija i komplikacija uzrokovanih infekcijama [8–10]. Mogućnosti liječenja AD su ograničene na inhibitore holinesteraze uključujući donepezil, rivastigmin i galantamin, te antagonist N-metil-D-aspartat receptora (NMDA) po imenu memantin. Dok inhibitori holinesteraze inhibiraju razgradnju acetilholina kako bi se povećala holinergička neuronska aktivnost u centralnom nervnom sistemu, memantin ometa neurotoksičnost izazvanu viškom glutamata [11]. PD karakterizira prisustvo usporenosti pokreta i najmanje jednog od sljedećih simptoma uključujući tremor u mirovanju, posturalnu nestabilnost ili rigidnost mišića. PD se općenito liječi lijekovima koji povećavaju aktivnost dopaminergičkog živca uključujući levodopu i agoniste dopamina, kao i lijekovima koji suzbijaju metabolizam dopamina uključujući inhibitore katehol-O-metiltransferaze (COMT) i inhibitore monoamin oksidaze B (MAO-B) [12]. Oba stanja nemaju lijek koji ili zaustavlja napredovanje bolesti ili preokreće štetu. AD je multifaktorska bolest jer je njena etiologija povezana sa akumulacijom beta amiloida, hiperfosforilacijom tau proteina, ekscitotoksičnošću, oksidativnim stresom i neuroinflamacijom [7,13]. Dok je PD povezan sa nakupljanjem proteina koji sadrže intracelularne agregate kao što su ubikvitin i alfa-sinuklein (-Syn) koji formiraju Lewyjeva tijela, dopaminergičku neurodegeneraciju u supstancia nigra pars compacta (SNpc) i neuroinflamaciju [12,14].

Cistanche herba može poboljšati pamćenje

Još jedna sličnost između AD i PD je da su obje bolesti povezane s neuroinflamacijom. Neuroinflamacija izazvana amiloid-beta plakovima u AD i agregatima alfa-sinukleina u PD značajno pogoršava gubitak kolinergičkih i dopaminergičkih neurona, respektivno [11,14]. Budući da trenutne opcije liječenja pružaju samo simptomatsko olakšanje, tekuća istraživanja se fokusiraju na identifikaciju višeciljanih terapijskih opcija za neurodegenerativne bolesti. Prirodni proizvodi su plodan izvor terapeutskih tragova. Na primjer, prirodno izvedenoalkaloidiuključujući huperzin A i galantamin iz ljekovitih biljaka otkriveni su i istraženi zbog njihovog potencijala u liječenju AD [15]. Do danas, promjena paradigme prema višeciljanom modulacijskom pristupu u upravljanju neurodegenerativnim bolestima je u skladu s preovlađujućim karakterističnim derivatima prirodnih proizvoda sa svojstvima višestrukog ciljanja. Ovaj pregled pruža ažuriranu literaturu o inhibitorima holinesteraze na bazi alkaloida i oni su in vivo efikasnosti na životinjskim modelima, naglašavajući njihove mehanizme u eksperimentalnim modelima povezanim s neurodegenerativnim poremećajem, uključujući neuroprotekciju, neuroinflamaciju, neurogenezu, tau patologiju i amiloid- beta akumulacija. Jedna od prepreka u razvoju lijekova uključuje svojstva slična lijeku. Stoga se radi i analiza fizičko-hemijskih svojstava spojeva na bazi alkaloida.

2. Potencijal inhibicije holinesteraze alkaloida iz prirodnih proizvoda

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 µM) prikazan je na slici 1.

Indol alkaloidi su među najvećom grupom heterogenih sekundarnih metabolita, koji se sastoje od šesteročlanog aromatičnog prstena spojenog sa petočlanim pirolnim prstenom koji sadrži dušik [36]. Prijavljeno je da se rescinamin (3) iz Rauvolfifia refleksa ponaša kao dvostruki inhibitor holinesteraze (IC50 AChE 11,01 µM; BuChE 8,06 µM) [20]. Monoterpenski indol alkaloidi se prepoznaju kao molekuli koji sadrže monoterpenoidnu jedinicu spojenu na indolnu grupu. Monoterpenski indol alkaloidi (4-6) izolirani iz Nauclea Officinalis posjeduju selektivnu inhibitornu aktivnost BuChE. Dokazano je da Augustin (4), nuklein (5) i Augustin (6) inhibiraju BuChE sa IC50 u rasponu od 1,03 do 7,70 µM. Kinetička studija je pokazala da je 4 inhibitor mešovitog režima sa Ki vrednošću od 6,12 µM [21].

-karbolinski alkaloidi čine indolni dio fuzionisan sa C-3 i C-4 piridina na svom orto položaju [37]. Prijavljeno je da deset-karbolinskih alkaloida (7-16) Peganum harmala posjeduju inhibitorne aktivnosti holinesteraze s vrijednostima 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="">

Slika 2 otkriva da je ukupno 55 alkaloida identifikovano kao AChEi, dok su 24 alkaloida identifikovana kao BuChEi. U suštini, pokazalo se da 16 alkaloida inhibira oba enzima na vrijednostima IC50 jednakim ili manjim od 10 µM. Tabela 1 navodi bioaktivne alkaloide izolovane iz biljaka zajedno sa njihovim inhibitornim aktivnostima na holinesterazu, dok slike 3 i 4 prikazuju hemijske strukture alkaloida 1-61.

Izokinolinski alkaloidi spadaju u različite klase alkaloida dobijenih iz prirodnih izvora. Sastoje se od izokinolinskog ili tetrahidroizohinolinskog prstena kao osnovnog skeleta [38]. Savjet (19) je bio najsnažniji dvostruki inhibitor holinesteraze sa vrijednostima IC50 od 0.15 i 0.88 µM za AChE i BuChE. Ranitidin (20) je imao slabiju inhibitornu aktivnost prema AChE i BuChE od 19 sa vrijednostima IC50 od 0,65 µM i 5,73 µM, respektivno [24]. Poređenjem molekularnih struktura, tercijarni amin je prisutan na pozicijama 7 od 19 i 20 i odgovoran je za visok afinitet vezivanja prema AChE i BuChE. Berberin hlorid (21) i 13-alkilberberin (22) su još dva izokinolinska alkaloida izvedena iz rizoma Coptis Chinensis koji posjeduju neznatno različite molekularne strukture od 19 i 20. Iako su i 21 i 22 imali IC50 > 10 µE, prema Buku 21 pokazao je jaču inhibitornu aktivnost prema AChE sa IC50 od 1,1 µM od 22 sa IC50 od 5,6 µM [25]. Upoređivanjem molekularnih struktura oba alkaloida, vidi se da je prisustvo metil grupe na poziciji 13 u strukturi 22 odgovorno za smanjenu inhibitornu aktivnost prema AChE i BuChE.

Aporfin i proaporfin alkaloidi su prirodno izvedeni iz izohinolina. Općenito, raspoređeni su u porodicama Annonaceae, Lauraceae, Magnoliaceae i Menispermaceae [39]. Ispitivanje ekstrakata iz Stephania Epigaea [26], Illigera aromatic [40], Beilschmiedia sp. [27], Monimiaceae i Magnoliaceae [41] rezultirale su izolacijom niza alkaloida aporfinskog i proaporfinskog tipa. Među njima, epinastin B (23), dehidrodicentrin (24), roman (25), doktrina (26), 2-hidroksi-9-metoksiaporfin (27), laurotetanin (28), liriodenin (29), oreobeilin (30), boldin (31), secoboldin (32), asimilobin (33), (S)-3-metoksinordomesticin (34) i izoboldin (35) su prijavljeni da pokazuju značajne inhibitorne aktivnosti AChE [26,27] .

Alkaloidi tipa likorina, takođe poznati kao alkaloidi Amaryllidaceae, pripadaju velikoj grupi izohinolinskih alkaloida. Mogu se naći u biljkama iz porodice Amaryllidaceae. Izolovani su mnogi alkaloidi tipa likorina, uglavnom koncentrirani u lukovicama i listovima [42]. Alkaloidi tipa likorina, uključujući galantin (36) i 1 iz Zephyranthes carinata, pokazali su AChE inhibitorsku aktivnost protiv AChE [28].

Steroidni alkaloidi su jedna od važnih klasa alkaloida dobijenih iz biljaka. Imaju osnovnu steroidnu kičmu s atomom dušika prisutnim u prstenu ili bočnom lancu [43]. Za tri nova steroidna alkaloida Mokluangina A–C (37–39) iz Holarrhena pubescens je prijavljeno da posjeduju inhibitornu aktivnost AChE u rasponu od 1,44 do 4,09 µM, pri čemu supstitucija na C-3 služi kao ključ u modulaciji AChE inhibitorna aktivnost [29]. Izosteroidni alkaloidi su jedni od reprezentativnih steroidnih alkaloida koji pripadaju C-27 skeletnom tipu [43]. Prijavljeno je sedam izosteroidnih alkaloida (40-46) iz Fritillaria walujewii zbog njihovog potencijalnog inhibitornog djelovanja na holinesterazu. Pokazalo se da tortifolin (40), Walujewine C (41), Sinpeinine A (42), Walujewine A (46) i Walujewine E (44) inhibiraju AChE sa IC50 vrijednostima od 5,8 do 9,8 µM, dok je dokazano da sva jedinjenja inhibiraju BuChE manji od 10 µM osim 46. Može se zaključiti da su sva jedinjenja dvostruki inhibitori holinesteraze osim 43, 45 i 46 [30].

cistanche za prodaju

Piroloiminokinon alkaloidi su uglavnom izolirani iz morskih organizama. Važni piroloiminohinonski alkaloidi uključuju diskorhabdine, prognoze, bazilione, wakayine i Camarones [44]. Discorhabdins G (47) i B (48) iz Antarktičke Latrunculia sp. sunđeri su pokazivali AChE inhibitorne aktivnosti sa IC50 vrijednostima od 1,3 i 5,7 µM, respektivno [31]. Lycopodium alkaloidi su zanimljiva klasa alkaloida, koji se obično nalaze u biljkama Lycopodiaceae. Sastoje se od alkaloida tipa kinolizin, piridin i -piridon [45]. Općenito, likopodijum alkaloidi se sastoje od C16 skeleta i povremeno imaju skelete C32 kada postoje kao dimeri [46]. Među izolovanim lycopodium alkaloidima, huperzin A (2) se pojavio kao dobro poznati AChE inhibitor u liječenju AD [45]. Squarrose A (49) i pirolhuperzin A (50) izolovani su kao novi alkaloidi Lycopodium iz Huperzia squarrosa, zajedno sa poznatim 2 i 12-epilikodolin N-oksidom (51). Na osnovu nalaza, huperzin A je bio najmoćniji za inhibiciju AChE, a slijede ga 49, 50 i 51 [32]. U nastavku studije na istoj biljci, H. squarrosa je dala 52 kao novi lycopodium alkaloid sa AChE inhibitornim potencijalom [33].

Alkaloidi likodinskog tipa pripadaju klasi likopodijumskih alkaloida. Općenito se sastoje od četiri prstena, uključujući jedan piridinski ili piridinski prsten. Poznato je da alkaloidi likodinskog tipa pokazuju inhibitornu aktivnost AChE [46]. U studiji sprovedenoj na alkaloidima tipa likodin, uključujući Lycocasuarinin D (53), Lycocasuarinine A (54), N-demetilhuperzinin (55) i huperzin C (56) iz Lycopodiastrum casuarinoides, prijavljen je njihov potencijal inhibicije holinesteraze. 50 i 51 su pokazali inhibiciju AChE sa IC50 vrijednostima od 0,22 i 4,74 µM, dok su 55 i 56 bili dvostruki inhibitori holinesteraze [34].

Flavoalkaloidi su jedinstvena podklasa alkaloida koja se sastoji od osnovnog skeleta flavonoida spojenih s prstenovima koji sadrže dušik, kao što su pirolidinon, pirolidin, indol, piperidin, piperidin i aminoglikozid [47]. Do danas je prijavljeno manje od 100 prirodnih aroma keloida, iako je utvrđeno da pokazuju širok spektar bioaktivnosti [35,47]. U nedavnoj studiji, pet novih keloida sa cinamoiliranim okusom izolovano je iz Camellia sinensis. Jedinjenja su bila poznata kao 3-O-cinamoilepikatehin (57), (−)-6-(5"' S)

N-etil-2-pirolidinon-3-O-cinamoilepikatehin (58), (−)-6-(5"'R)-N-etil-2-pirolidinon{{1{{ 30}}}} O-cinamoilepikatehin (59), (−)-8-(5"'S)-N-etil-2-pirolidinon-3-O-cinamoilepikatehin (60) i (− )-8-(5"'R)-N-etil-2-pirolidinon-3-O-cinamoylepicatechin (61). Svi keloidi arome pokazali su značajnu inhibitornu aktivnost AChE sa IC50 u rasponu od 0,126 do 1,040 µM Studija je otkrila da je pozicija C-6 ključna u AChE inhibitornim aktivnostima [35].

3. Multi-ciljni modulacijski potencijal alkaloida u neurodegenerativnim bolestima

Decenijama su istraživači bili u velikoj mjeri fokusirani na otkrivanje lijekova koji potencijalno mogu modificirati napredovanje neurodegenerativnih bolesti, na primjer, otkriće inhibitora sekretaze na osnovu amiloidne hipoteze za Alchajmerovu bolest. Nažalost, nijedan od kandidata nije pokazao obećavajuće rezultate za poboljšanje progresije bolesti u završnoj fazi kliničkih ispitivanja. Inhibitori holinesteraze ostali su lijekovi za liječenje bolesti i daljnje studije su potaknute na istraživanje potencijala alkaloida za liječenje neurodegenerativnih stanja uz njihovu aktivnost holinesteraze [48]. Uprkos tome što imaju moćna anti-holinesterazna svojstva koja pomažu poboljšanju kognitivnih funkcija, izvršili smo pretragu alkaloida u Tabeli 1 koji imaju potencijalno inhibitorno djelovanje na holinesterazu i sastavili nekoliko studija koje su izvijestile o potencijalu ovih alkaloida da djeluju na više drugih ciljeva, da pruži pregled višeciljnog modulacionog potencijala ovih jedinjenja. Međutim, ne može se isključiti da spojevi sa manjim inhibitornim djelovanjem na holinesterazu nisu potencijalno korisni za neke druge mete u neurodegenerativnim bolestima. Ovaj dio se uglavnom fokusira na Alchajmerovu bolest (AD) i Parkinsonovu bolest (PD). Kolekcija mehanizama na koje ovi alkaloidi djeluju uključuju neuroprotekciju, neuroinflamaciju, neurogenezu, amiloid-beta agregaciju (A) i tau hiperfosforilaciju.

3.1. Neuroprotection

Neuroprotekcija usporava gubitak neurona i kasniju progresiju neurodegenerativnih bolesti različitim putevima, uključujući smanjenje oksidativnog stresa, mitohondrijalnu disfunkciju, agregaciju proteina, upalu, ekscitotoksičnost i staničnu apoptozu [49].

Nekoliko studija je pokazalo da harman (7), harmol (8), harmin (9), harmalin (12) i harmalol (13) pripadaju klasi indol-karbolina (Tabela 1), pokazuju neuroprotektivni potencijal protiv oštećenja neurona. In vitro studija je pokazala da 7 štiti od H2O2-indukovane toksičnosti u ćelijama neuroblastoma tako što smanjuje smanjenu vitalnost ćelija [50]. Ovaj model je povezan s neuronskim ozljedama uzrokovanim oksidativnim stresom koji je impliciran u razvoju neurodegenerativnih bolesti.

12 se široko koristi za izazivanje tremora kod glodara, nije pronađen negativan utjecaj samo na dopaminergičke PC12 stanice u koncentraciji od 50 µM, isto kao i njegov metabolit harmalol 13 [51]. Rezultat se poklapa s dvije druge studije koje nisu pokazale nikakvu toksičnost na PC12 ćelije samo 12 i 13 [52,53]. MPP plus je neurotoksin za dopaminergičke neurone koji su uključeni u Parkinsonovu bolest (PD). Uloga 7 u suzbijanju efekata 1-Metil-4- fenilpiridinijum (MPP plus ) postiže se potisnutim mitohondrijskim transmembranskim potencijalom (MMP), oslobađanjem citokroma c, aktivacijom kaspaze-3, reaktivnim vrstama kiseonika ( ROS) i nivoi GSH In Vitro [51–53]. Oksidacija dopamina pokreće različite kaskade za formiranje endogenih neurotoksina koji doprinose neurodegeneraciji [54,55]. U slučaju 12, pokazalo se da nadoknađuje toksične efekte oksidacije dopamina nametnute mitohondrijama mozga Ex Vivo. Ovo se pripisuje antioksidativnim svojstvima 12 kroz održavanje aktivnosti tioredoksin reduktaze i inhibiranje oksidacije tiola i stoga stvaranje proizvoda oksidacije dopamina [56]. Osim toga, 9 i 12 pojačavaju regulaciju antioksidativnih enzima kao što su superoksid dismutaza [57] i glutation peroksidaza (GPx) in Vitro, dok su u drugim studijama smanjili povećanje ROS-a i oksidaciju tiola, što je dovelo do poboljšanog antioksidativnog odbrambenog mehanizma koji proizvodi neuroprotektivni učinak. [52,53,58,59].

Osim toga, 9 je ispoljilo neuroprotektivne efekte povećanjem nivoa proteina transportera glutamata-1 (GLT-1) i unosa glutamata zavisnog od GLT-1 i prijenosnika glutamata aspartata (GLAST) u astroglijalnim stanicama iu kortikalno tkivo miševa SOD1G93A, transgeni mišji model amiotrofične lateralne skleroze [60]. Ovi glutamatni transporteri održavaju nisku ekstracelularnu koncentraciju glutamata, koji je ekscitatorni neurotransmiter, pri čemu njegovo nakupljanje doprinosi ekscitotoksičnosti [61]. Štaviše, nedavni sistematski pregled je pokazao da je 9 poboljšalo pamćenje i učenje i pokazalo neuroprotektivne efekte na hipokampus u pretkliničkim eksperimentalnim modelima [62]. Navodno je bio uključen u regulaciju GLT{11}}, smanjenje ROS-a, povećanje neurotrofnog faktora (BDNF) iz mozga i imao je protuupalne efekte. U kontekstu PD, 9 je nedavno istražen zbog njegovog degradacionog efekta na -sinuklein In Vitro. Ubikvitin-proteasomski sistem (UPS) je jedan od sistema koji uklanjaju - sinuklein putem proteazomske proteolitičke aktivnosti i pokazalo se da 9 povećava proteolitičku aktivnost putem fosforilacije protein kinaze A (PKA) i time povećava UPS za klirens -sinukleina [63, 64].

13, metabolit 9, uključen je u rezultate iz prethodno navedenih studija kao jedinjenje od interesa i otkriveno je da 13 pruža neuroprotekciju putem moduliranja oksidativnog stresa, MMP-a i apoptoze In Vitro [51–53]. Ovi nalazi su pokazali smanjenje ROS i oksidacije tiola, povećanje nivoa GSH i slabljenje gubitka MMP [51–53,65]. Uticaj 13 na dva procesa uključena u posredovanje ćelijske smrti, a to je oslobađanje citokroma c i aktivacije kaspaze-3, je također istražen, a 13 je smanjio oba [51,66].

Istraživanja o zaštitnim efektima berberin hlorida (21), koji je izokinolinski alkaloid (Tabela 1), na neurodegeneraciju su sve popularnija poslednjih godina. U in vivo studiji, predtretman 21 na 6-hidroksidopamin (6-OHDA) stimuliranu neurotoksičnost koja modelira PD kod štakora značajno je smanjio rotacije izazvane apomorfinom i gubitak substantia nigra pars compacta obojene Nisslom ( SNpc) neurona, i oslabio smanjenje imunoreaktivnosti tirozin hidroksilaze u SNpc dopaminergičkim neuronima [67]. In Vitro studija je pokazala da 21 ispoljava neuroprotektivna svojstva protiv neurodegeneracije posredovane oksidativnim stresom kroz aktiviranje Akt/GSK, Akt/GSK3 /Nrf-2 i PI3K/Akt/Nrf2 signalnih kaskada, povećavajući p-CREB, stimulirajući NGF i Oslobađanje BDNF, smanjenje nuklearne translokacije NF-κB, potiskivanje TNF , COX-2, IL-1B, NF-κB i smanjenje kaspaze-1, kaspaze-3, Bax, Bcl{22}} elevacija, ciklin D1 i p53 [68]. Osim rezultata koji su jednaki prethodnim studijama, Deng i tim su izvijestili o 21 smanjenoj produkciji ROS-a i preokrenutom redukciji MMP-a in Vitro, te sugerirali da je 21 pokazao neuroprotektivni učinak aktivacijom PI3K/Akt puta u neurotoksičnosti izazvanoj rotenonom [69]. 21 je također dokazano da štiti PC-12 ćelije od oksidativnog oštećenja putem mitofagije posredovane PI3K/AKT/mTOR [70]. Wallerova degeneracija (WLD) je aksonska degeneracija, koja se proteže od distalnog aksona do mjesta ozljede i javlja se kod neurodegenerativnih bolesti [71]. Zanimljivo, otkriveno je da je 21 nekompetitivni inhibitor sterilnog alfa i motiva interleukina receptora koji sadrži protein 1 (SARM1), koji je ključni medijator za WLD, dajući postotak inhibicije iz primarnog ekrana od 70 posto [72] . Ista studija dalje je testirala njegovu inhibicionu aktivnost na domenu SAM1-2TIR bakterijskih i Expi293 ćelija kako bi potvrdila nalaze i dobila IC50 vrijednosti od 110 ± 10 µM i 77 ± 5 µM, respektivno. Pored toga, 21 je povećao CYP2J2, protein za koji je utvrđeno da štiti od PD modela, putem stimulacije receptora alfa aktiviranog proliferatorom peroksizoma (PPAR-) in Vitro [73]. In vivo studija je pokazala da je 21 spriječio inhibiciju dehidrataze aminolevulinske kiseline (δ-ALA-D) i spriječio oštećenje purinergičkog prijenosa slabljenjem gubitka aktivnosti NTPDaze, ADP, 50 -nukleotidaze i ADA kod streptozotocinom izazvane demencije, u kojoj regulacija ovog prijenosa igra ulogu u obradi memorije [74,75]. Međutim, aktivnost δ-ALA-D u specifičnim neuronskim stanicama zahtijeva dalje istraživanje zbog ograničenih dostupnih studija.

cistanche za prodaju

Stimulacija glijalne hemikanalne aktivnosti pojačava oslobađanje ATP-a i glutamata koji potom indukuje neuronsku smrt, dok se Retikulon-3 (RTN3) agregira u AD mozgu i olakšava razvoj distrofičnih neurita [76,77]. Boldine (31), aporfin alkaloid (Tablica 1), je izvijestio da smanjuje aktivnost astroglijalnog hemikanala bez utjecaja na komunikaciju u razmaku, smanjujući otpuštanje ATP-a i glutamata. In vivo studija je pokazala da je 31 zaštićeno od neuronskog oksidativnog stresa i neuritičkih distrofija koje okružuju amiloid-beta (A) plakove, gdje su sve manje površine RTN3 imunoreaktivnih distrofičnih neurita (RIDN) uočene kod APP/PS1 miševa [78]. U drugoj studiji, 31 razloženi H2O2, smanjena razgradnja deoksiriboze posredovana gvožđem i EDTA i stvaranje melanina oksidacijom dopamina, oslabljen gubitak MMP, povećanje citokroma C, gubitak aktivnosti tioredoksin reduktaze, inhibirana oksidacija tiola i izazvana {{15} Gubitak vitalnosti }OHDA i PC{16}} ćelija i aktivacija kaspaze{17}} izazvana dopaminom [79].

In vivo studija je pokazala da deoksivazicin (15), koji je alkaloid -karbolin (Tabela 1), štiti neurone od oštećenja izazvanog oksidativnim stresom u dozi od 15 mg kg-1. Studija je pokazala da je količina glutation peroksidaze (GPx) značajno povećana davanjem 15, što je potom pojačalo antioksidativni odbrambeni mehanizam u mozgu. Pored toga, 15 je bio sposoban da poboljša preživljavanje nerava podizanjem neurotrofnog faktora koji potiče iz mozga (BDNF) na 45 mg kg-1 [80].

3.2. Neuroinflamacija

Tokom godina, sprovedene su studije koje su istraživale patologiju neurodegenerativnih stanja i otkriveno je da je neuroinflamacija jedan od osnovnih mehanizama. Defekt u funkciji imunoloških ćelija može pokrenuti upalu u centralnom nervnom sistemu (CNS) i na kraju uzrokovati ozljedu živaca. Posebno, akutna upala može biti korisna za mozak. Suprotno tome, kronična upala može oštetiti mozak promicanjem hiperfosforilacije tau proteina i agregacije amiloid-beta (A). Ove mehanizme mogu aktivirati proinflamatorni medijatori kao što su interleukin 1 (IL-1) i interleukin 6 (IL-6). Budući da je upala usko povezana s patologijom neurodegenerativnih stanja kao što su AD i PD, alkaloidi koji su u stanju spriječiti neuroinflamaciju mogu biti u stanju ublažiti neuroinflamaciju, kao i pomoći u upravljanju stanjima [81-83].

9 i 12 su istaknuti kao sposobni da se suprotstave neuroinflamaciji. Pretpostavljeno je da su bili u stanju da smanje proizvodnju upalnih citokina kao što su faktor nekroze tumora-alfa (TNF-) i mijeloperoksidaza (MPO) i medijatora kao što je dušikov oksid (NO). Konkretno, 7 i 12 su pokazali IC50 od 0.08 µM i 0,26 µM prema MPO, respektivno, što je dokazalo njihov potencijal da se ugrade kao agens za suzbijanje neuroinflamacije [58,59]. Osim toga, in vivo studija je sugerirala da je 9 značajno poboljšalo kognitivne deficite kod hemijski izazvanih dijabetičkih pacova pri dozi od 20 mg kg-1. Studija je predložila da je dijabetes melitus usko povezan s kognitivnom disfunkcijom, a oba su povezana s upalom. Kada je 9 primijenjen dijabetičkim štakorima, aktivnost NLRP3 inflamasoma je potisnuta, što je dovelo do povećanja ekspresije neurotrofnog faktora koji potiče iz mozga (BDNF) i naknadno poboljšane kognitivne sposobnosti [84]. Osim toga, in vivo studija je objavila da je 9 također bio sposoban da pređe krvno-moždanu barijeru (BBB) ​​ubrzo nakon oralnog uzimanja [85].

Drugi -karbolin alkaloid 15 bio je u stanju da inhibira neuroinflamaciju na nekoliko puteva. In vivo studija je dokazala da je 15 sposoban povećati količinu -GABA i smanjiti količinu glutamata u mozgu u koncentracijama 5 1, 15 i 45 mg kg-1. -GABA je vitalni neurotransmiter koji djeluje tako da inhibira neuroinflamaciju koju iniciraju astrociti i mikroglija ometajući oslobađanje TNF-a. Osim toga, proizvodnja TNF-a, koji je citokin koji potiče upalu, također je značajno smanjena u obrascu ovisnom o koncentraciji kada se liječi sa 15 u koncentracijama od 5-45 mg kg-1 [80].

21 djeluje na više ciljeva za poboljšanje stanja AD. Jedan od mehanizama djelovanja 21 je da ublaži neuroinflamaciju [86]. Na primjer, studija in vivo prijavila je smanjenje pro-upalnih medijatora uključujući COX-2, IL-12, IL-6, IL-1 i TNF- kao rezultat primjena 21 u mozgu pacova AD [87]. Nadalje, in vivo studija je objavila da 21 ometa ekspresiju poddijela p65 i fosforilaciju pri 50 mg kg-1. p65 je poddio NF-κB heterodimera koji je od vitalnog značaja za modulaciju proizvodnje inflamatornog proteina [88]. Osim toga, in vivo studija je također objavila da je 21 bio u stanju da se suprotstavi neuroinflamaciji supresijom IL-6, TNF i p38 MAPK signalnih kaskada [89].

3.3. Neurogeneza

Neurogeneza odraslih je proces koji se odvija u subgranularnoj zoni (SGZ) i subventrikularnoj zoni (SVZ) hipokampusa kako bi se proizveli neuroni tokom cijelog ljudskog života. Defekt neurogeneze odraslih može potencijalno dovesti do neurodegenerativnih stanja kao što su Alchajmerova bolest (AD), Parkinsonova bolest (PD) i Huntingtonova bolest (HD) [90]. Na primjer, in vivo studija je objavila da je oštećenje neurogeneze kod odraslih moglo započeti u ranoj fazi bolesti AD čak i prije formiranja neurotoksičnih neurofibrilarnih čvorova i A plakova [91,92].

In vitro studija je sugerirala da su 8, 9 i 12 uspješno inducirali neurogenezu kada su testirani na progenitorskim ćelijama uzgojenim iz SGZ i SVZ. Nadalje, metabolizam 9 u ljudskom tijelu proizveo je 8 kao glavni proizvod. Ovi -karbolinski alkaloidi su takođe bili sposobni da izazovu specijalizaciju neuronskih ćelija, a to je dokazano prisustvom MAP-2 i Tuj{7}} ekspresije. Studija je predložila da se potencijal neurogeneze ovih -karbolinskih alkaloida pripisuje njihovoj inhibitornoj aktivnosti prema monoamin oksidazi [70] i DYRK1A [93].

In Vitro studija koja je ispitivala potencijal neurogeneze aporfinskih alkaloida (Tabela 1) na PC-12 ćelijama pokazala je da asimilobin (33) značajno stimuliše rast neurita u PC-12 ćelijama, ali bez očiglednog efekta na mRNA ekspresija koja kodira proteine ​​bitne za diobu i specijalizaciju stanica. Osim toga, studija je također objavila da je 33 bio vrlo penetrabilan kroz krvno-moždanu barijeru (BBB), što ga čini potencijalnim kandidatom za lijekove za liječenje neurodegenerativnih stanja [94].

3.4. Agregacija beta amiloida

Amiloid beta (A) je proizvod koji nastaje enzimskom razgradnjom amiloidnog prekursora proteina (APP) pomoću -sekretaze i -sekretaze i sugerira se da A igra ulogu u razvoju AD. A je peptid koji se uglavnom sastoji od 40-42 aminokiseline i podložan je agregaciji i formiranju neurotoksičnih A plakova. Kada se A plakovi akumuliraju u mozgu, razvijaju se abnormalne sinaptičke i neuronske aktivnosti, uzrokujući oštećenje mozga i proizvodeći simptome kao što su kognitivni deficiti i postupni gubitak pamćenja [95,96].

Stoga, sprečavanje agregacije A može pomoći da se odgodi napredovanje AD. Osim antiholinesterazne aktivnosti koju pokazuju alkaloidi biljnog porijekla, neki od njih su sposobni inhibirati agregaciju A. Savet (19) i nizatidin (20) su izohinolinski alkaloidi (Tabela 1) i poseduju sposobnost da inhibiraju oligomerizaciju A.

In Vitro studija je objavila da su 19 i 20 pokazali umjerenu supresiju prema A agregaciji, što se vidi iz njihovih IC50 vrijednosti od 5,56 i 1,89 µM prema A, respektivno. U stvari, također je sugerirano da i 19 i 20 posjeduju najznačajniju inhibicijsku aktivnost prema višestrukim ciljevima uključenim u neurodegenerativna stanja i da su imali slične molekularne strukture u poređenju sa drugim izohinolinskim alkaloidima ekstrahiranim iz Zanthoxylum rigidum. Stoga se ohrabruje da se istraži molekularni okvir povezan s njihovom višeciljanom aktivnošću [24]. Osim toga, 21 je proučavan godinama i pregled je objavio da ometa signalne kaskade ERK1/2 i protein kinaze aktivirane mitogenom (MAPK), posljedično deaktivirajući -sekretazu-1 (BACE-1) i smanjenje A generacije [86]. U stvari, 21 se prodaje kao proizvod bez recepta koji se konzumira oralno u Kini, jer su studije koje su ispitivale njegovu efikasnost i sigurnost nakon oralne konzumacije pokazale prihvatljive rezultate. Osim antiholinesterazne aktivnosti, koja je uporediva sa 1 i 21, takođe je posedovala sposobnost da smanji agregaciju A smanjenjem formiranja A. In vivo studija je objavila da je 21 bio u stanju da značajno inhibira aktivnost -sekretaze u mozgu AD, posljedično smanjujući stvaranje A do 40 posto i poboljšavajući simptome AD. Osim supresivnog djelovanja prema -sekretazi, druga in vivo studija je objavila da je 21 pojačala aktivnost A 40 koja je smanjila neurotoksični potencijal A 42 modificiranjem stabilnosti, morfologije i rastvorljivosti A 42 kako bi se narušila agregacija A 42 [87,97]. Ovu tvrdnju dalje podržava studija in vivo koja je tvrdila da je 21 u koncentracijama od 50 i 100 mg/kg/dan bio u stanju sniziti regulaciju Pen{40}}, Aph{41}} i PS1 dijelova -sekretaze i -sekretaza, posljedično suzbijajući proizvodnju A. Pored toga, pokazalo se da 21 značajno povećava aktivnost -sekretaze pri identičnim koncentracijama [98]. In vitro studija je dalje sugerirala da je 21 bio u stanju da inhibira oligomerizaciju A i formiranje fibrila [99].

3.5. Tau hiperfosforilacija

Tau protein (τ) igra vitalnu ulogu u stabilizaciji neuronskih mikrotubula i stoga podržava strukturu neurona i transport nutrijenata unutar ćelije. Kinaze koje uključuju kinazu 1A reguliranu fosforilacijom tirozina (DYRK1A), kinazu glikogen sintaze-3 (GSK-3), Ca2 plus /kalmodulin aktiviranu protein kinazu II i ciklin zavisnu kinazu-5 (Cdk5) može izazvati tau hiperfosforilaciju. Hiperfosforilacija tau proteina dovodi do zgrušavanja fosforiliranih tau proteina kako bi se formirale neurofibrilarne spletove uparenih spiralnih filamenta tau. Posljedično, oni više ne podržavaju mikrotubule unutar neurona, što na kraju dovodi do neuronske apoptoze i stoga neurodegeneracije [100].

Utvrđeno je da 9 posjeduje inhibitorne aktivnosti prema DYRK1A što zauzvrat ometa hiperfosforilaciju tau proteina. In Vitro studija je dokazala da je 9 jak inhibitor DYRK1A sa IC50 od približno 80 nM. 9 je deaktivirao DYRK1A, čime je potisnuo tau fosforilaciju na serinu 396, a zatim smanjio sva tri tipa fosforiliranih oblika tau proteina. Smanjenjem količine fosforiliranog taua, harmin (9) je sačuvao funkciju taua da podržava mikrotubule u neuronu, sprečavajući neuronsku smrt. Međutim, objavljeno je da 9 može biti neurotoksičan u koncentracijama većim od 8 µM zbog pretjeranog iscrpljivanja tau proteina [100].

Osim 9, 21 je također mogao spriječiti hiperfosforilaciju tau proteina. Iako je potrebno provesti više istraživanja o stvarnom mehanizmu 21 za smanjenje tau hiperfosforilacije, dvije In Vitro studije su pokazale da je 21 sposoban spriječiti hiperfosforilaciju tau proteina stimuliranu kalikulinom A u koncentracijama od 20 i 25 µg mL-1 smanjenjem aktivnosti GSK-3 i povećanjem aktivnosti protein fosfataze 2A. Pored toga, preokret tau fosforilacije je indukovano 21 na Ser262 [86,101,102]. In vivo studija je također objavila da antioksidativna svojstva 21 mogu pomoći u inhibiciji prekomjerne ekspresije tau proteina i tau hiperfosforilacije u AD mozgu [87].

4. Fizičko-hemijska analiza alkaloida

Slika 5 prikazuje analizu fizičko-hemijskih svojstava alkaloida uključenih u ovaj pregled. Molekularna težina većine jedinjenja bila je ispod 500 Da. Jedinjenja veće molekularne težine uključuju 44, 45 i alkaloide arome (58–61). Samo jedno jedinjenje krši pravilo Lipinskog za doniranje vodikovih veza, rotirajućih veza i topološke polarne površine (TPSA). Zanimljivo je da su svi spojevi uključeni u ovaj pregled slijedili pravilo Lipinskog za Log P i akceptor vodikove veze (HBA). 32 jedinjenja su klasifikovana kao visoko rastvorljiva, 15 jedinjenja je imalo umerenu rastvorljivost, a 7 jedinjenja je imalo nisku rastvorljivost.

5. Metoda

Svi prirodno dobijeni alkaloidi prijavljeni u literaturi o njihovoj inhibitornoj aktivnosti na holinesterazu između 2011–2020 su uključeni u ovu studiju. Sintetički alkaloidi, alkaloidi koji su probno identifikovani gasnom hromatografijom-masenom spektrometrijom (GC-MS) i tečnom hromatografijom-masenom spektrometrijom LCMS prijavljeni kao inhibitori holinesteraze, isključeni su u ovoj studiji. Slika 1 pokazuje da je 38 posto i 18,7 posto inhibitora AChE i BuChE sa IC50 manjim ili jednakim 10 µM uključeno u ovaj pregled. Kao rezultat toga, 61 spoj s IC50 manjim ili jednakim 10 µM osim 1 i 2 uključeno je u tekst i pregled za potencijal modifikacije bolesti uključujući amiloid-beta inhibitor, tau hiperfosforilaciju, neuro-inflamaciju, neurogenezu i neuroprotektivnu efekti. Predviđena su fizikalno-hemijska svojstva 59 alkaloida (osim galantamina i huperzina A) (Instant JChem 17.10.0, 2020 ChemAxon Ltd.).

6. Zaključci

Sve veći broj dokaza pokazuje važnost alkaloida prirodnog porijekla kao modulatora neurodegenerativnih bolesti. Iako su alkaloidi glavni izvor AChE inhibitora, otkriven je značajan broj dvostrukih inhibitora holinesteraze i BuChE inhibitora. Zanimljivo je napomenuti da nekoliko alkaloida dokumentiranih u ovom pregledu štiti neurone od štetnih mehanizama kao što su neuroinflamacija, oksidativni stres, ekscitotoksičnost, apoptoza, akumulacija A i tau fosforilacija, te bi se mogli razviti za liječenje Alchajmerove i Parkinsonove bolesti. Konkretno, 9 i 21 su potencijalni modulatori u upravljanju progresijom ovih bolesti. Ipak, doza ovih alkaloida za primjenu kod neurodegenerativnih bolesti ostala je neuvjerljiva. Fizičko-hemijska analiza otkrila je da većina alkaloida slijedi pravila Lipinskog o vjerojatnosti lijeka. Krvno-moždana barijera je važan faktor koji štiti prodiranje spojeva u mozak i zahtijeva da mu se posveti dodatna pažnja. Razumljivo je da su zastoji prirodno dobijenih jedinjenja, kao što je nizak prinos ekstrakcije, zaustavili razvoj potencijalnih kandidata u terapeutske vode. Potreban je dalji razvoj kako bi se poboljšala njihova korisnost kao održivih terapeutika.