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【阿尔茨海默病】数管齐下!AD多靶点医治药物的设计与开发

2024-10-18
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Alzheimer's disease

阿尔茨海默。ˋlzheimer's disease, AD)是一种严重的进行性神经退行性疾病,拥有较长的前期症状、早期诊断难题,临床特点为认知阻碍、心灵行为问题和社会及生涯职能失落,最终导致殒命。目前,AD患者可用的医治药物极度有限,重要分为胆碱酯酶抑造剂、谷氨酸受体拮抗剂、及新近核准的Aβ单抗药物等。

6008集团成立了一站式临床前生物医药研发服务平台,阿尔茨海默病药物的开发提供药物发现、药学钻延注及临床前钻研服务(蕴含药效、药代、安评)以及IND申报等一站式服务。

在美国,据估计目前有690万65岁及以上的人患有阿尔茨海默病[1]。预计到2060年,该患病率将翻倍,可能会增长到1380万以上,造成重大的社会和经济职守。阿尔茨海默病患者的比例随着春秋的增长而增,5.0%的65岁至74岁的人、13.2%的75岁至84岁的人、33.4%的85岁及以上的人患有阿尔茨海默病。阿尔茨海默病是65岁及以上美国人殒命的第五大原因,在2000年至2021年期间,阿尔茨海默病汇报的殒命人数增长了140%以上。然而,目前还没有卓有成效的步骤来预防阿尔茨海默病,也没有治愈的步骤。

01 阿尔茨海默病的发病机造

典型的AD病理特点蕴含宽泛散布于大脑皮层的由β-淀粉样蛋白(Aβ)荟萃形成的细胞表淀粉样斑块,以及Tau蛋白过度磷酸化和荟萃形成的细胞内神经纤维缠结(NFTs)。阿尔茨海默病简直切发病机造尚不明显,患者大脑中细胞表淀粉样斑块和细胞内NFTs的存在已被证明在疾病的发病机造中阐扬关键作用。

针对AD的一些已知的病理成分,蕴含Aβ荟萃、Tau蛋白荟萃、神经炎症反映、氧化应激、线粒体职能阻碍、胆碱能神经元危险、金属粒子稳态失衡等,被以为是AD的重要病理机造。

阿尔茨海默病的多种病理机造.webp

阿尔茨海默病的多种病理机造[2]

02 多靶点医治药物设政战术

由于AD的发病机造复杂,各机造间互有关联和相互影响,为抗AD药物开发的多靶点战术提供了优良的理论基础。

多靶点配体(Multi-target-directed ligands, MTDL)设政战术是利器拥有两种或两种以上互补生物活性的单一化合物,对AD的复杂病理机造产生协同作用,从而显著改善影象和认知阻碍。因而,目前的步骤大多是基于分子杂交,将两个或多个拥有特定性质的药效团组合在一个分子中,从而获得可能有效抗AD的多靶点活性化合物。

设计多靶点配体(MTDL)分子的三种可用的战术示意图.webp

设计多靶点配体(MTDL)分子的三种可用的战术示意图[3]

MTDL分子作用于两种或两种以上与疾病有关的靶点,然而,由几种单靶点药物组成的结合医治也能够达到类似的医治成效。在梦想情况下,MTDL步骤要优于结合医治,由于它即保留了结合医治的所有益处,并增长了一些额表的益处。

例如, MTDL作为单一化合物,应该没有药物-药物相互作用的风险,且与其他药物相互作用的风险也较低。此表,越多的药物组合,发生不良反映的可能性越高,MTDL分子不良反映的风险也会降低。

另一个利益是,MTDL步骤是简化了给药规划,从而提高了患者顺从性。在某些情况下,结合医治也能够通过在一种药物造剂中使用几种单靶点药物的固定剂量组合,来解决这一问题。然而,这种药物组合受到每种成分分歧药代动力学的影响,在给药时必要尤其把稳。

最后,只管FDA通过颁布药物结合开发指南来支持药物结合医治临床试验,但与结合医治相比,MTDL分子的开发必要的临床试验更少。

03 抗AD多靶点医治药物开发案例分享

AChE/GSK-3β双重抑造剂

乙酰胆碱酯酶(AChE)是阿尔茨海默病医治的经典靶点。胆碱能假说以为,海马体和新皮质区的神经递质乙酰胆碱(ACh)在进建和影象中起着关键作用,胆碱能神经元的粉碎或迷失,引起乙酰胆碱水平的显著降落是阿尔茨海默病患者认知阻碍的重要原因。

在生理前提下,AChE能高效地将乙酰胆碱水解成胆碱和乙酸根离子。因而,抑造AChE可能有效提高突触间隙乙酰胆碱浓度,使其成为胆碱能系统的重要靶点。

FDA核准了多种AChE抑造剂(AChEIs)用于医治AD,证了然AChE抑造剂的医治价值,蕴含多奈哌齐、加兰他敏、利斯的明、他克林、石杉碱甲(中国核准)。

此表,AChE在AD的发展中还拥有非胆碱能职能。钻研发现,AChE表周阴离子位点(PAS)能催化Aβ荟萃,出格是Aβ1-42的荟萃导致大脑中老年斑的形成,且与神经变性有关。适当的AChEIs能够抑造AChE诱导的Aβ的荟萃和纤维化,批注AChEIs在抗AD医治中拥有多职能作用。

在诱发AD的多种病因中,Aβ沉积和Tau蛋白过度磷酸化已被宽泛接受。Tau蛋白假说以为,微管解聚和神经纤维缠结的产生,重要是由Tau蛋白过度磷酸化引起的,加快了神经元细胞的变性和坏死,导致疾病的进行性恶化。

糖原合酶激酶-3β(GSK-3β)催化的Tau蛋白过度磷酸化,重要发生在Ser-396、Ser-199和Ser-404位点,增长了额表的2-7个磷酸基团的数量,并减弱了Tau蛋白与微管的粘附作用。随后,过度磷酸化的Tau蛋白与微管分离,荟萃成不溶性的神经纤维缠结,导致微管结构不不变,最终导致细胞殒命。因而,抑造Tau蛋白信号通路上游的GSK-3β可能不变微管系统,削减细胞内神经纤维缠结的形成。

另表,GSK-3β通过提高β-排泄酶(BACE1)的活性来推进Aβ的产生,Aβ沉积并最终导致老年斑的形成,抑造GSK-3β可通过削减Aβ的形成而辐射到Aβ信号通路。

鉴于GSK-3β在AD复杂病理中的重要作用,抑造GSK-3β可能是一种有效的抗AD战术。

钻研案例

该钻研报路了一类AChE/GSK-3β双重抑造剂,通过融合AChE抑造剂他克林和嘧啶酮类GSK-3β抑造剂的关键骨架,杂交两类化合物结构设计而成。

如下图所示:该类化合物保留了他克林结构,重要用于保留AChE抑造作用;另表保留了芳香族环取代嘧啶酮的结构,用于维持潜在的GSK-3β抑造作用(嘧啶酮结构是该类化合物阐扬GSK-3β抑造作用的关键药效团);中央选取烷基胺linker来桥接上述两种药效团;诙喟械憧笰D战术,该类化合物旨在缓解胆碱能缺点,协同解除细胞内神经纤维缠结。

拥有AChE GSK-3β双重抑造作用的他克林-嘧啶类化合物的设计.webp

拥有AChE/GSK-3β双重抑造作用的他克林-嘧啶类化合物的设计[4]

融合他克林和嘧啶酮的新型骨架化合物,经过结构优化以维持和加强靶点结合作用,蕴含他克林部门的取代基团优化,以及对烷基胺linker和嘧啶片段进行建饰。

通过两次迭代优化,并进行了大量的药理尝试来钻研它们的类药性质,得到了对AChE和GSK-3β同时拥有优良的抑造活性的最优化合物27g(IC50 = 51.1 nM for AChE; IC50 = 89.3 nM for GSK-3β)。

? SH-SY5Y神经元细胞露出于糖酵解抑造剂甘油醛(GA),导致糖酵解抑造、细胞凋亡和Tau蛋白磷酸化增长。在SH-SY5Y细胞中,化合物27g可能剂量依赖性地抑造GA诱导的Tau蛋白S199和S396位点的磷酸化,其在较低浓度(10 nM)下对p-Tau有显著的抑造作用,在较高浓度(0.5 μM和5 μM)下对p-Tau的改善成效与空缺对照组靠近。

? 对于GA诱导的不良反映,通过细胞活力测定和状态学钻研,证实了化合物27g对SH-SY5Y神经元细胞有显著的神经;ぷ饔。

? 选取东莨菪碱诱导的认知受损ICR幼鼠模型,使用Morris水迷宫(MWM)试验来评价化合物改善幼鼠认知阻碍的体内疗效?杖倍哉兆槿现形⒆罴眩ㄌ颖苈穹凇⑺阉骶嗬牒痛锏酱问鹄胛9.40 s、2.07 m、n = 6.79),东莨菪碱组认知能力阐发相对较差(别离为23.81 s、5.00 m、n = 3.63),化合物27g(15 mg/kg/day)处置的样品组可能显著改善东莨菪碱引起的认知和影象危险(别离为11.86 s, 2.46 m, n = 6.44),且在一样给药剂量下与阳性对照他克林的疗效相当,批注27g作为AChE抑造剂可加强胆碱能信号通路。

Morris水迷宫尝试评价化合物对东莨菪碱诱导的ICR幼鼠认知职能阻碍的影响.webp

Morris水迷宫尝试评价化合物对东莨菪碱诱导的ICR幼鼠认知职能阻碍的影响[4]

BChE/HDAC6双重抑造剂

固然已核准的AChE抑造剂在阿尔茨海默病的早期阶段减缓了症状的恶化,但临床钻研批注,核准的药物在阿尔茨海默病的后期不足药理作用和疗效。

钻研发现,在AD患者身后脑切片中发现AChE活性大量降低,而丁酰胆碱酯酶(BChE)活性大量升高。在生理前提下, AChE在肌肉和神经系统中占主导职位,并伴有较低程度的BChE。

然而,BChE的代偿性作用在病理前提下是极度显著的。在AChE敲除幼鼠模型中,由于AChE不足,BChE被证明能够赔偿ACh水解,从而维持正常的胆碱能通路。在晚期AD患者中,脑内乙酰胆碱酯酶水平急剧降落90%,而BChE则上升至正常水平的165%,接替乙酰胆碱酯酶的水解职能。因而,BChE是医治晚期AD医治的潜在靶点。

除了胆碱能职能表,BChE已被证明与Aβ高度有关。组织化学定位钻研批注BChE沉积与老年斑中进行性Aβ荟萃亲昵有关。

此表,在BChE敲除幼鼠模型中,大脑中的Aβ纤维显著削减,批注BChE可能推进Aβ沉积。钻研发现,注射神经毒性Aβ25-35后,BChE基因敲除幼鼠的认知能力不受影响,而野生型幼鼠在给药后出现认知危险。因而,BChE抑造可能是断根Aβ的有效战术。

组蛋白去乙;福℉DACs)通过调节组蛋白和一些非组蛋白的乙;刺吹骺鼗虮戆。只管HDACs已被证明是医治癌症的有效靶点,但近年来,抑造HDAC在医治神经退行性疾病方面也引起了极大的关注。其中,HDAC6是哺乳动物细胞中重要的细胞质去乙;,其胞质定位使得HDAC6更偏差于靶向非组蛋白,在神经退行性疾病中得到了较为宽泛的钻研。

AD患者神经原纤维缠结(NFTs)的形成与Tau蛋白的过度磷酸化高度有关,而Tau蛋白的过度磷酸化受HDAC6调节。HDAC6在AD患者大脑皮层和海马体中的过度表白粉碎了微管蛋白的转录后调控,微管蛋白是微管的组成部门,也是轴突运输的关键组成部门。HDAC6抑造剂能够提高α-微管蛋白的乙;,从而推进Aβ和磷酸化Tau的断根,改善认知。

钻研案例

该钻研报路了一种BChE和HDAC6的双重抑造剂,拥有削减Tau过度磷酸化和改善认知阻碍的协同作用,从而改善疾病和减轻症状。

如下图所示,基于该钻研者之前发现的BChE抑造剂S11-1014,通过融合BChE抑造剂和典型的HDAC6抑造剂主题药效联结构,开发了一系列新型的N-苄基苯甲酰胺类衍生物,作为有效的BChE/HDAC6双重抑造剂。通过构效关系(SAR)钻研,发现了两种化合物(化合物24g和29a)对BChE(hBChE IC50别离为4.0和1.8 nM)和HDAC6(IC50别离为8.9和71.0 nM)拥有较好的抑造活性。

N-苄基苯甲酰胺类BChE HDAC6双重抑造剂的设计.webp

N-苄基苯甲酰胺类BChE/HDAC6双重抑造剂的设计[5]

化合物24g和29a的结构式.webp

化合物24g和29a的结构式[5]

化合物24g和29a对代表性HDAC亚型的选择性进行了评估,这两种化合物都能够高选择性地抑造HDAC6。

? Western blot了局显示,化合物24g和29a均能浓度依赖性地提高乙;-微管蛋白水平,且阐发出对磷酸化Tau蛋白的显著抑造和适度的免疫调节作用。

? 细胞水平尝试证明化合物24g和29a毒性低,能有效;す劝彼岷凸趸庥盏嫉南赴O,拥有显著的神经;ぷ饔,及削减活性氧(ROS)的开释。

? 体内钻研批注,化合物24g和29a在低剂量(2.5 mg/kg)下对Aβ1-42诱导的AD模型幼鼠阐发出显著的认知改善作用。通过Morris水迷宫和Y迷宫测试,如下图A、B所示,对照组和假手术组在达到平台的埋伏期、活动轨迹和交替阐发上均无显著差距。然而,模型组幼鼠轨;炻,指标埋伏期不显著,交替阐发较弱。

在Morris水迷宫尝试中,化合物24g和29a处置的幼鼠轨迹更简洁,寻找平台的功夫更短,两种化合物的有效性与阳性对照(ChE抑造剂rivastigmine)相当,优于HDAC抑造剂阳性对照(SAHA和TubA)。

在Y迷宫测试中,从下图C能够看出,24g和29a组与模型组相比,幼鼠自觉交替的能力有所提高(别离为75.59%和77.82%,模型组为47.19%),且略好于3个阳性药物组。

化合物24g和29a对Aβ1-42诱导的AD模型幼鼠认知缺点的影响.webp

化合物24g和29a对Aβ1-42诱导的AD模型幼鼠认知缺点的影响[5]

04 6008集团AD体内表药效钻研服务

6008集团可能为阿尔茨海默病医治药物的开发提供多种体内表活性钻研服务,已成立多种靶点体表生化活性检测、细胞水平活性检测、以及动物体内药效模型等服务。

1)体表生化活性检测

如:乙酰胆碱酯酶(AChE)、单胺氧化酶(MAO)、糖原合酶激酶-3β (GSK-3β)、组蛋白去乙;福℉DACs)、磷酸二酯酶(PDEs)等等。

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体表生化活性检测-2.webp体表生化活性检测-3.webp

2)Aβ断根、Tau蛋白磷酸化和荟萃检测

如:乙酰胆碱酯酶(AChE)、单胺氧化酶(MAO)、糖原合酶激酶-3β (GSK-3β)、组蛋白去乙;福℉DACs)、磷酸二酯酶(PDEs)等等

Aβ断根、Tau蛋白磷酸化和荟萃检测.webp

更多检测 请联系6008集团详询

3)阿尔茨海默病临床前药效模型

6008集团药效平台占有丰硕的AD项目经验。我们凭据供试品作用机造选择相宜的动物模型;使用经典的Morris水迷宫测试,并结合先进的CognitionWall测试,进而更具体地分析与认知和影象有关的行为变动;此表,通过病理和分子细胞学测试了局的综合评估,全面评价抗AD药物的临床前疗效。

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   6008集团阿尔茨海默病临床前钻研模型及药效钻研案例.webp

参考资料:

[1] Alzheimer’s Association. 2024 Alzheimer’s disease facts and figures. Alzheimer’s Dement. 2024, 20: 3708–3821.
[2] K Rajasekhar, et al. Current progress, challenges and future prospects of diagnostic and therapeutic interventions in Alzheimer's disease. RSC Adv. 2018, 8(42): 23780-23804.
[3] Ondrej Benek, et al. A Perspective on Multi-target Drugs for Alzheimer's Disease. Trends Pharmacol. Sci. 2020, 41(7): 434-445.
[4] Hong Yao, et al. Discovery of Novel Tacrine-Pyrimidone Hybrids as Potent Dual AChE/GSK-3 Inhibitors for the Treatment of Alzheimer's Disease. J. Med. Chem. 2021, 64(11): 7483-7506.
[5] Lei Wang, et al. Design, Synthesis, and Proof of Concept of Balanced Dual Inhibitors of Butyrylcholinesterase (BChE) and Histone Deacetylase 6 (HDAC6) for the Treatment of Alzheimer's Disease. ACS Chem. Neurosci. 2023, 14(17): 3226-3248.

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