Privilegovani kinolilnitroni za kombinovanu terapiju ishemijskog moždanog udara i Alchajmerove bolestiⅠ

Sažetak: Poznato je da cerebrovaskularne bolesti kao što je ishemijski moždani udar pogoršavaju demenciju uzrokovanu neurodegenerativnim patologijama kao što je Alchajmerova bolest (AD). Osim toga, sve veći broj pacijenata koji su preživjeli moždani udar čini neophodnim liječenje istovremenog pojavljivanja ove dvije bolesti jednom i kombinovanom terapijom. Za razvoj novih dvostrukih terapeutskih agenasa, osam hibridnih kinolilnitrona je dizajnirano i sintetizirano jukstapozicijom odabranih farmakofora iz naših najnaprednijih spojeva olova za liječenje ishemijskog moždanog udara i AD.

Click to cistanche tubulosa prah za Alchajmerovu bolest

Biološke analize koje su tražile učinkovite neuroprotektivne efekte u odgovarajućim fenotipskim testovima dovele su nas do identificiranja MC903 kao novog malog kinolilnitrona za potencijalnu dvostruku terapiju moždanog udara i AD, pokazujući snažnu neuroprotekciju na (i) primarnim kortikalnim neuronima u uvjetima nedostatka kisika i glukoze/normoglikemijske reoksigenacije eksperimentalni model ishemije; (ii), ćelije neuronske linije tretirane rotenonom/oligomicinom A, okadaičkom kiselinom ili -amiloidnim peptidom A 25–35, modelirajući toksične uvrede pronađene među efektima AD.

Ključne riječi: Alchajmerova bolest; ishemijski moždani udar; multipotentni lijekovi; neuroprotekcija; kinolilnitroni

1. Uvod

Zbog visokog kvaliteta života u našim razvijenim zemljama i produženog životnog vijeka najstarijih, bolesti starenja poput moždanog udara i Alchajmerove bolesti (AD) postale su prvenstveni individualni, socio-ekonomski i medicinski problemi s neispunjenim i ograničenim terapijama. [1]. Shodno tome, potraga za novim i efikasnijim terapijama za moždani udar i AD je hitna i jedno od najaktivnijih područja istraživanja u trenutnoj domeni neuronauke [2]. Nadalje, međusobna povezanost i istovremena pojava moždanog udara i AD kod istih pacijenata je poznata i uvelike je dokumentirana [3], iako implicirani biološki mehanizmi još uvijek nisu utvrđeni [4].

Cerebrovaskularne bolesti nisu samo osnova vaskularnih kognitivnih oštećenja, nazvanih vaskularna demencija (VD), već je poznato i da pogoršavaju demenciju uzrokovanu drugim faktorima kao što su AD i druge degenerativne bolesti [5]. Kao što su nedavno primijetili Macrae i Allan, "... Sa sve većim brojem pacijenata koji su preživjeli moždani udar, također postoji potreba da se više fokusiramo na komplikacije nakon moždanog udara koje utiču na kvalitet života. One uključuju ne samo motoričke i govorne smetnje već također depresiju, demenciju, epilepsiju i anksioznost, između ostalog...“ [6]. Stoga bi identifikacija novih lijekova za kombiniranu terapiju ishemijskog moždanog udara i AD bilo idealno terapijsko pitanje koje se rijetko stavlja u praksu, ali to trenutno koncentriše naše najnovije napore, koristeći prednosti dvaju naših najnaprednijih spojeva olova.

Nedavno smo identifikovali (Z)-N-tert-butil-1-(2-hloro-6-metoksihinolin-3-il)-metenamin oksid (QN23) (Slika 1) kao vrlo efikasan neuroprotektivni kinolilnitron (QN), koji pokazuje indukciju neuroprotekcije u dva in vivo modela globalne i fokalne cerebralne ishemije [7], što rezultira novim spojem olova za liječenje ishemijskog moždanog udara. S druge strane, opisali smo da je Contilizant (Slika 1) propusno i visoko neuroprotektivno sredstvo protiv nekoliko toksičnih inzulta relevantnih za AD, koji pokazuje in vitro inhibitorna svojstva za enzime koji kataboliziraju neurotransmiter (ChE, MAO) [8] ili G protein -spojenih receptora (H3R [8], S1R [9]), i in vivo bolji zaštitni efekat od našeg prethodnog spoja ASS234 [10] ili donepezila na Y-labirintu i labirintu radijalne ruke protiv kognitivnog pada izazvanog - amiloidni peptid A 1-42 oligomeri [9]. Zanimljivo je da su QN23 i Contilisant također moćni antioksidansi, što je korisna karakteristika za potencijalno liječenje ishemijskog moždanog udara i AD, uzimajući u obzir štetni učinak koji oksidativni stres i reaktivne vrste kisika (ROS) imaju na obje patologije [11].

Sa ovim znanjem, dizajnirali smo nove N-tert-butil i N-benzil hibridne QN tipove I i II prikazane na slici 1, kao različite kombinacije onih privilegiranih strukturnih karakteristika prisutnih u QN23 i Contilisantu preko QN jezgre. QN tipa I, JMA98C i JMA101A rezultat su umetanja ključnog piperidinopropiloksi motiva—polivalentnog farmakofora prisutnog u Contilisantu za efikasno vezivanje ChE, H3R i S1R [8,9]—u C2 QN23, zadržavajući metoksi grupa na C6, karakteristika koja se čini kritičnom za efikasnu neuroprotekciju [7].

Analogna analiza je rezultirala QNs DDI88 i DDI89, gdje smo instalirali dodatni N-propargil motiv—tipični MAO farmakofor—u piperazinopropiloksi grupu—provjereni farmakofor za inhibiciju ChE [10]. Slična analiza je rezultirala još četiri QN tipa II, kao što su JMA11A, JMA12A, MC902 i MC903, gdje smo zadržali atom klora na C2 kao u QN23, a funkcionalizirani cikloalkilaminopropiloksi dio povezan na C6 umjesto metoksi grupe . Na osnovu ovih dizajna, koji održavaju strukturne karakteristike odgovorne za regulaciju nivoa neurotransmitera poremećenu u AD [12], na QN jezgru, očekuje se da će QN-ovi koji su ovdje navedeni djelovati kao multipotentni mali molekuli potencijalno pogodni za liječenje AD i ishemijskog moždanog udara. [13].

Stoga, potaknuto nedavnom komunikacijom Suna et al. [14] o farmakološkom profilu neuro imunomodulatornog agensa AD110 za terapijsko liječenje AD i moždanog udara, te o rezultatima koje su objavili Liu et al. [15] za MT-20R—supstituirani -feniltert-butil nitron koji nosi MAO i ChE farmakofore za Parkinsonovu bolest—ovdje opisujemo naše preliminarne rezultate u ovoj oblasti. Identificirali smo MC903 kao novi mali QN za potencijalnu kombiniranu terapiju ishemijskog moždanog udara i AD, koji pokazuje snažna neuroprotektivna svojstva na primarnim kortikalnim neuronima pod hipoksijom/reoksigenacijom kao eksperimentalni model ishemije, i na stanicama neuronske linije tretirane rotenonom plus oligomicinom A, okadaična kiselina ili A 25–35, modelirajući tri toksična uvreda pronađena u AD.

2. Rezultati i diskusija

2.1. Sinteza

Sinteza ciljnih QN-ova izvedena je počevši od lako dostupnih prekursora u kratkim sintetičkim sekvencama, dajući željene ligande kao stereokemijski pojedinačni Z-izomeri u čistom obliku, dobre ukupne prinose i višegramske količine (dodatni materijal). Zatim su QN podvrgnuti biološkoj analizi kako bi se odredio njihov neuroprotektivni kapacitet

2.2. Evaluacija Neuroprotect-aion u eksperimentalnom modelu ishemije u primarnim neuronskim kulturama

QN-ovi JMA101A, JMA98C, DDI89, DDI88, JMA12A, JMA11A, MC903 i MC902 su testirani u eksperimentalnom modelu ishemije kako bi se procijenio njihov potencijalni neuroprotektivni učinak nakon ishemijskog inzulta. Da bi se to postiglo, primarne neuronske kulture su bile podvrgnute uslovima deprivacije kiseonika i glukoze (OGD) tokom 4 h i tretirane na početku perioda reoksigenacije sa prethodno pomenutim QNs, ili referentnim jedinjenjima kao što su citikolin, NXY-059, QN23 ili Contilizant.

Neuroprotekcija je praćena mjerenjem vitalnosti ćelija, što je određeno MTT testom (slika 2), u kojem je kontrolna grupa postavljena na 100 posto. Neoporavljena eksperimentalna grupa (OGD4h) pokazala je ozbiljno smanjenje vitalnosti ćelija (64,4 ± 1,4 posto, p < 0,0001 u poređenju sa 100 posto kontrolne, t-test sa jednim uzorkom), što je samo djelomično poništeno nakon reoksigenacije tokom 24 h (R24h; 77,2 ± 1,3 posto, p < 0,0001, prema Studentovom t-testu). Dodatak 100 µM citikolina, dobro poznatog neuroprotektivnog agensa, izazvao je značajno povećanje vijabilnosti ćelija (82,8 ± 1,1 posto) u poređenju sa netretiranom (nosač) R24h grupom (Slika 1). Kada su umjesto citikolina dodani standardi NXY-059 [7], QN23 [7] ili Contilisant [8], postignuti su viši nivoi vitalnosti ćelija (88,9 ± 3,7 posto, 95,1 ± 1,4 posto i 88,7 ± 1,9 posto za 250 µM NXY-059, 100 µM QN23 i 50 µM Contilisanta, respektivno) (Slika 2).

Tretman s novim QNs je dao različite efekte na oporavak ćelijskog metabolizma nakon OGD inzulta. Na prvom mjestu, i izvanredno, skoro kompletan set QN-a je obezbijedio veću vitalnost ćelija od netretiranih R24h ćelija u cijelom testiranom rasponu koncentracija (0.1–250 µM). Na osnovu našeg prethodnog iskustva, u početku smo istražili raspon koncentracije od 1-250 µM, koji je proširen na 0,1 µM u onim slučajevima koji i dalje pokazuju dobar odgovor pri niskim koncentracijama. Jedinjenja DDI88 i MC902 nisu testirana na 250 µM uprkos tome što su pokazala relativno dobre vrijednosti vitalnosti ćelija zbog problema sa rastvorljivošću. Samo QN-ovi DDI89, JMA12A i JMA11A ispoljili su toksični efekat—tj. nižu vitalnost ćelija od netretirane grupe, R24h—pri najvišoj testiranoj koncentraciji od 250 µM. QN-ovi sa najboljim učinkom JMA101A na 10 i 100 µM, JMA98C na 10 µM i MC903 na 10 µM i 100 µM, postigli su veću vitalnost ćelije od citikolina (100 µM), referentnog nitrona NXY}}M{2{2{2 10–50 µM). Zanimljivo je da je efekat MC903 pri 10 µM i 100 µM (93,7 ± 2,1 posto i 93,8 ± 1,7 posto, respektivno) dostigao vrijednosti slične onima uočenim za QN23 (100 µM), naš najmoćniji QN do sada pronađen [7] (Slika 2).

Iz prethodnih rezultata vijabilnosti ćelija, definisali smo neuroprotekcijsku aktivnost kao efekat koji je postigao ćelijsku vijabilnost veću od one koju je proizveo sam normoksični oporavak, određen od strane netretirane R24h grupe, koji je postavljen kao 0 posto. Vijabilnost ćelija kontrolne grupe postavljena je kao 100 posto neuroprotekcije.

Neuroprotekcija indukovana QNs JMA101A, JMA98C, DDI89, DDI88, JMA12A, JMA11A, MC903 i MC902, i Contilisantom, upoređena je sa onom indukovanom standardima NXY-059 i QN23 (Tabela 1). Nije iznenađujuće, a prema najvišim vrijednostima vitalnosti ćelije spomenutim gore, QNs JMA101A (10-100 µM), JMA98C (10 µM) i MC903 (10-100 µM) su ispoljile najveći neuroprotektivni efekat, čak i viši od NXY{{ 19}}. Opet, 10 µM ili 100 µM MC903 postigao je vrijednosti neuroprotekcije najsličnije našem kandidatu za ishemijski moždani udar QN23. Ovi nalazi potvrđuju odabir QN kao odgovarajućeg okvira u potrazi za neuroprotektivnim ligandima.

Modifikacija QN jezgra nije samo lako izvodljiva, već je i sposobna da pruži nove funkcionalnosti i svojstva bez štetnog efekta zaštite od OGD. Posebno, za rezultate vitalnosti ćelije nakon OGD-a predstavljene gore, preliminarni odnos struktura-aktivnost (SAR) koji je ovdje objavljen nije dao značajnu štetnu kombinaciju strukturnih dijelova za novi entitet koji štiti OGD, a samo četiri spoja su pronađena neurotoksična na najvišoj razini. ispitana koncentracija. S druge strane, jedan specifičan QN, MC903, otkriven je kao najbolji u kompletu, sa aktivnošću zaštite OGD-a sličnom QN23.

Da bi se procijenila prikladnost ovih struktura kao multipotentnih pogodaka, bila je potrebna procjena njihovog neuroprotektivnog efekta na specifične patološke doprinose AD. Ovi rezultati su opisani u nastavku.

2.3. Evaluacija neuroprotekcije u eksperimentalnom modelu AD u Neuronil Ćelijska linija

U nezavisnom i gotovo istovremenom testu, neuroprotektivna aktivnost ciljnih QNs (slika 1) je provedena u različitim koncentracijama (0.3, 1, 3 i 10 µM) protiv tri toksična stimulusa povezana s neurodegeneracijom. pronađen u AD koristeći melatonin kao standard, dobro poznati neuroprotektivni agens, u komparativne svrhe. Prije svega, koristili smo model stvaranja reaktivnih vrsta kisika korištenjem koktela mitohondrijalnih blokatora, rotenona plus oligomicina A (R/O). Kao što je prikazano u Tabeli 2, QN-ovi JMA98C i MC903 pokazali su zanimljiv profil u odnosu na R/O. U koncentracijama od 1, 3 i 10 µM, JMA98C je proizveo značajno povećanje vijabilnosti ćelije protiv R/O (40,6 procenata, 70,5 procenata i 57,2 procenata, respektivno).

Slično, MC903, na 0.3, 1 i 3 µM, pokazao je snažno povećanje vitalnosti ćelija (44,1 posto, 40,4 posto i 74,9 posto). Maksimalni zaštitni efekat oba QN-a postignut je pri koncentraciji od 3 µM. Zatim smo analizirali naše ligande u modelu tau hiperfosforilacije koristeći okadaičnu kiselinu (OA), dobro poznati inhibitor protein Ser/Thr fosfataze. U ovom modelu, oba QN-a su pokazala značajno povećanje vitalnosti ćelija protiv OA pri koncentracijama od 1 i 3 µM (JMA98C: 52,9 posto i 78,3 posto, respektivno; MC903: 46,7 posto i 56,2 posto, respektivno). Konačno, na osnovu prethodnih rezultata, istražili smo neuroprotektivni efekat QN JMA98C i MC903 nakon toksičnog uvreda od strane A 25–35, kao široko prihvaćene biološke mete koja igra ključnu ulogu u napretku i razvoju AD. Kao što je prikazano u Tabeli 2, QN MC903 je opet pokazao značajan, moćan neuroprotektivni efekat i doza-odgovor od 47,9 ± 8,9 posto na 3 µM, opadajući pri 10 µM i dostigavši ​​slične niže vrijednosti, oko 28 posto, pri 0,3 µM i 1 µM. Dakle, iz dvije različite laboratorije koje su provodile nezavisne analize na istim QN-ovima kako bi procijenile njihove neuroprotektivne kapacitete pod eksperimentalnim modelom ishemije i protiv toksičnih uvreda izvedenih iz AD, QN MC903 pruža najbolju, snažnu i dosljednu neuroprotekciju, identificirajući ga kao potencijalni hit spoj za dalja pretklinička istraživanja.

2.4. Svojstva Compo-a virtualne apsorpcije, distribucije, metabolizma i izlučivanja (ADME)und MC903

MC903 virtuelni ADME profil je istražen kao ključna tačka za molekul dizajniran da terapijski djeluje na mozak. Nadalje, pomoću QikProp programa su predviđena svojstva slična lijeku MC903 i procijenjena su kršenja Lipinskog pravila 5 (ROF) i Jorgensenovog pravila 3 (ROT). Izračunati ADME parametri (Tabela S1, Dodatni materijal) su unutar referentnih raspona, ne pokazujući kršenje za ROF i ROT. Ova analiza potvrđuje da ligand MC903 posjeduje odgovarajuće farmakokinetičke profile potrebne za distribuciju u ljudskom tijelu, jer je propustljiv za moždano-krvnu barijeru. Kao takav, MC903 ima potencijal kao vodeći kandidat u razvoju lijekova za AD i moždani udar.

tmehanizam neuroprotektivnog efekta Cistanchea

Cistanche je tradicionalna kineska biljka za koju se navodi da ima neuroprotektivno djelovanje. Mehanizmi iza ovih efekata nisu u potpunosti shvaćeni, ali postoji nekoliko mogućih mehanizama koje predlažu istraživači:

1. Antioksidativna aktivnost: Utvrđeno je da ekstrakti cistanche posjeduju snažno antioksidativno djelovanje, koje može zaštititi od oštećenja neurona uzrokovanih oksidativnim stresom.

2. Protuupalni efekti: Upala je čest uzrok neurodegenerativnih bolesti, a pokazalo se da ekstrakti cistanche imaju protuupalno djelovanje koje može umanjiti oštećenje neurona.

3. Zaštita mitohondrijalne funkcije: Mitohondrijska disfunkcija je ključni faktor koji doprinosi oštećenju neurona i smrti ćelija, a utvrđeno je da ekstrakti cistanche štite od oštećenja mitohondrija i poboljšavaju funkciju mitohondrija.

4. Aktivacija neurotrofnih faktora: Neurotrofni faktori su hemikalije koje potiču rast i preživljavanje neurona, a pokazalo se da ekstrakti cistanche povećavaju ekspresiju neurotrofnih faktora kao što su neurotrofni faktor iz mozga (BDNF) i faktor rasta nerava (NGF) .

Nastavlja se...

José M. Alonso 1,†, Alejandro Escobar-Peso 2,† , Alejandra Palomino-Antolín 3,†, Daniel Diez-Iriepa 1,4 , Mourad Chioua 1 , Emma Martínez-Alonso 2 , Isabel Iriepa 4,5 , 3,* , Alberto Alcázar 2,* i José Marco-Contelles 1,*

1 Laboratorij za medicinsku hemiju (IQOG, CSIC), Juan de la Cierva 3, 28006 Madrid, Španija; xosemag@yahoo.es (JMA); daniel.diezi@uah.es (DD-I.); mchioua@gmail.com (MC)

2 Odjel za istraživanje, IRYCIS, bolnica Ramón y Cajal, Ctra. Colmenar Km 9.1, 28034 Madrid, Španija; 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 Orgánica y Química Inorgánica, Universidad de Alcalá, Ctra. Madrid-Barcelona Km 33.6, 28871 Alcalá de Henares, Španija; isabel.iriepa@uah.es 5 Institut za hemijska istraživanja Andrés M. del Río, Univerzitet Alcalá, 28805 Alcalá de Henares, Španija