Potenciál prirodzene odvodených alkaloidov ako viacúčelových terapeutických činidiel pre neurodegeneratívne ochorenia

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

Abstrakt:Alkaloidysú triedou sekundárnych metabolitov, ktoré možno získať z rastlín, húb a morských húb. Sú všeobecne známe ako nepretržitý zdroj liekov na zvládanie chronických chorôb vrátane rakoviny, cukrovky a neurodegeneratívnych chorôb. Napríklad galantamín a huperzín A súalkaloidderiváty, ktoré sa v súčasnosti používajú na symptomatickú liečbu neurodegeneratívnych ochorení. Etiológia neurodegeneratívnych ochorení je polygénna a multifaktoriálna, vrátane, ale bez obmedzenia, zápalu, oxidačného stresu a agregácie proteínov. Preto sú alkaloidy na báze prírodných produktov s polyfarmakologickými modulačnými vlastnosťami potenciálne užitočné pre ďalší vývoj liečiv alebo v menšej miere ako nutraceutiká na zvládnutie neurodegenerácie. Cieľom tohto prehľadu je diskutovať a zhrnúť najnovší vývoj v oblasti prirodzene odvodených alkaloidov pre neurodegeneratívne ochorenia.

Kľúčové slová:alkaloidy; viacúčelový agent; cholínesterázu; neuroprotektívne; neurozápal; neurogenéza; amyloid-beta; tau proteín; drogovej podobnosti

ZabrániťAlzheimerova chorobachoroba scistanche

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

1 Biofunctional Molecule Exploratory Research Group (BMEX), School of Pharmacy, Monash University Malajzia, Jalan Lagoon Selatan, Bandar Sunway 47500, Malajzia

2 Chemická sekcia, Škola dištančného vzdelávania, Universiti Sains Malaysia, Penang 11800, Malajzia

1. Úvod

Neurodegeneratívnechorobysú klasifikované ako skupina chronických ochorení, ktoré sú väčšinou neliečiteľné a sú charakterizované progresívnou stratou pamäti a/alebo smrťou neurónových buniek v centrálnom nervovom systéme. Niektoré príklady zahŕňajú Alzheimerovu chorobu (AD) a Parkinsonovu chorobu (PD) a plány manažmentu týchto chorôb sú len symptomatickou liečbou, ktorá nezastaví progresiu choroby [1,2]. Väčšina týchto ochorení úzko súvisí s vekom. Každé neurodegeneratívne ochorenie je spojené s rôznymi klinickými prejavmi, ako sú kognitívna dysfunkcia a zhoršené každodenné fungovanie [3]. V roku 2016 trpelo asi 43,8 milióna ľudí demenciou a 6,1 milióna ľudí trpelo Parkinsonovou chorobou a tento počet sa každoročne zvyšuje [4,5]. AD predstavuje približne 75 percent všetkých prípadov demencie, preto sa považuje za najbežnejšiu formu demencie [6,7].

Symptómy AD zahŕňajú stratu pamäti a môže postúpiť do pokročilého štádia, ktoré sa prejavuje ako agitácia, apatia, agresivita, halucinácie, falošné presvedčenia a kognitívna dysfunkcia; pacienti s ťažkou AD nakoniec zomierajú na stratu základných fyziologických funkcií a komplikácie z infekcií [8–10]. Možnosti liečby AD sú obmedzené na inhibítory cholínesterázy vrátane donepezilu, rivastigmínu a galantamínu a antagonistu N-metyl-D-aspartátového receptora (NMDA) s názvom memantín. Zatiaľ čo inhibítory cholínesterázy inhibujú rozklad acetylcholínu na zvýšenie cholinergnej neuronálnej aktivity v centrálnom nervovom systéme, memantín bráni neurotoxicite vyvolanej nadbytkom glutamátu [11]. PD je charakterizovaná prítomnosťou spomalenia pohybu a aspoň jedným z nasledujúcich symptómov vrátane pokojového tremoru, posturálnej nestability alebo svalovej rigidity. PD sa vo všeobecnosti lieči liekmi, ktoré zvyšujú dopamínergnú nervovú aktivitu vrátane levodopy a agonistov dopamínu, ako aj liekmi, ktoré potláčajú metabolizmus dopamínu, vrátane inhibítorov katechol-O-metyltransferázy (COMT) a inhibítorov monoaminooxidázy B (MAO-B) [12]. Obidva stavy nemajú žiadny liek, ktorý by zastavil progresiu ochorenia alebo zvrátil poškodenie. AD je multifaktoriálne ochorenie, pretože jeho etiológia je spojená s akumuláciou amyloidu-beta, hyperfosforyláciou tau proteínu, excitotoxicitou, oxidačným stresom a neurozápalom [7,13]. Zatiaľ čo PD je spojená s hromadením proteínov obsahujúcich intracelulárne agregáty, ako sú ubikvitín a alfa-synukleín (-Syn), ktoré tvoria Lewyho telieska, dopamínergná neurodegenerácia v substantia nigra pars compacta (SNpc) a neurozápal [12,14].

Cistanche herba môže zlepšiť pamäť

Ďalšou podobnosťou medzi AD a PD je, že obe ochorenia súvisia s neurozápalom. Neurozápal vyvolaný amyloid-beta plakmi pri AD a agregátmi alfa-synukleínu pri PD podstatne zhoršuje stratu cholinergných a dopamínergných neurónov [11,14]. Keďže súčasné možnosti liečby poskytujú výlučne symptomatickú úľavu, prebiehajúci výskum sa zameriava na identifikáciu viacúčelových terapeutických možností pre neurodegeneratívne ochorenia. Prírodné produkty sú bohatým zdrojom terapeutických potenciálov. Napríklad prirodzene odvodenéalkaloidyvrátane huperzínu A a galantamínu z liečivých rastlín bol objavený a skúmaný ich potenciál v manažmente AD [15]. K dnešnému dňu je posun paradigmy smerom k viaccieľovému modulačnému prístupu v manažmente neurodegeneratívnych ochorení v súlade s prevládajúcimi charakteristickými derivátmi prírodných produktov s viaccieľovými vlastnosťami. Tento prehľad poskytuje aktualizáciu nedávnej literatúry o inhibítoroch cholínesterázy na báze alkaloidov a sú účinné in vivo na zvieracích modeloch, pričom zdôrazňuje ich mechanizmy v experimentálnych modeloch súvisiacich s neurodegeneratívnymi poruchami vrátane neuroprotekcie, neurozápalu, neurogenézy, patológie tau a amyloidu beta akumulácia. Jednou z prekážok vo vývoji liekov sú vlastnosti podobné liekom. Preto sa vykonáva aj analýza fyzikálno-chemických vlastností zlúčenín na báze alkaloidov.

2. Potenciál inhibície cholínesterázy alkaloidov odvodených od prírodných produktov

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 uM) je uvedený na obrázku 1.

Indolové alkaloidy patria medzi najväčšiu skupinu heterogénnych sekundárnych metabolitov, ktoré obsahujú šesťčlenný aromatický kruh fúzovaný s päťčlenným pyrolovým kruhom obsahujúcim dusík [36]. Uvádza sa, že rescinamín (3) z Rauvolfifia reflexu sa správa ako duálny inhibítor cholínesterázy (IC50 AChE 11,01 uM; BuChE 8,06 uM) [20]. Monoterpénové indolové alkaloidy sú známe ako molekuly obsahujúce monoterpenoidnú jednotku fúzovanú s indolovou skupinou. Monoterpénové indolové alkaloidy (4–6) izolované z Nauclea Officinalis majú selektívnu inhibičnú aktivitu voči BuChE. Ukázalo sa, že Augustín (4), nukleín (5) a Augustín (6) inhibujú BuChE s IC50 v rozsahu 1,03 až 7,70 uM. Kinetická štúdia ukázala, že 4 bol zmiešaný inhibítor s hodnotou Ki 6,12 µM [21].

-karbolínové alkaloidy tvoria indolovú časť fúzovanú s C-3 a C{2}} pyridínu v jeho orto-polohe [37]. Uvádza sa, že desaťkarbolínové alkaloidy (7–16) Peganum harmala majú inhibičné účinky na cholínesterázu s hodnotami 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="">

Obrázok 2 ukazuje, že celkovo 55 alkaloidov bolo identifikovaných ako AChEi, zatiaľ čo 24 alkaloidov bolo identifikovaných ako BuChEi. V podstate sa ukázalo, že 16 alkaloidov inhibuje oba enzýmy pri hodnotách IC50 rovných alebo menších ako 10 uM. Tabuľka 1 uvádza bioaktívne alkaloidy izolované z rastlín spolu s ich inhibičnými aktivitami na cholínesterázu, zatiaľ čo obrázky 3 a 4 zobrazujú chemické štruktúry alkaloidov 1–61.

Izochinolínové alkaloidy patria medzi rôzne triedy alkaloidov získaných z prírodných zdrojov. Pozostávajú z izochinolínového alebo tetrahydroizochinolínového kruhu ako základného skeletu [38]. Advice (19) bol najsilnejší duálny inhibítor cholínesterázy s hodnotami IC50 0,15 a 0,88 µM pre AChE aj BuChE. Ranitidín (20) mal slabšiu inhibičnú aktivitu voči AChE aj BuChE ako 19 s hodnotami IC50 0,65 uM a 5,73 uM [24]. Pri porovnaní molekulárnych štruktúr je terciárny amín prítomný v polohách 7 z 19 a 20 a je zodpovedný za vysokú väzbovú afinitu voči AChE aj BuChE. Berberín chlorid (21) a 13-alkylberberín (22) sú ďalšie dva izochinolínové alkaloidy odvodené z odnoží Coptis Chinensis, ktoré majú mierne odlišné molekulárne štruktúry od 19 a 20. Hoci oba 21 a 22 mali IC50 > 10 µM smerom k BuChE, 21 vykazoval silnejšiu inhibičnú aktivitu voči AChE s IC50 1,1 uM ako 22 s IC50 5,6 uM [25]. Porovnaním molekulárnych štruktúr oboch alkaloidov je zrejmé, že prítomnosť metylovej skupiny v polohe 13 v štruktúre 22 je zodpovedná za zníženú inhibičnú aktivitu voči AChE aj BuChE.

Aporfínové a proaporfínové alkaloidy sú prirodzene odvodené od izochinolínu. Vo všeobecnosti sú distribuované v čeľadiach Annonaceae, Lauraceae, Magnoliaceae a Menispermaceae [39]. Skúmanie extraktov zo Stephania Epigaea [26], Illigera aromatic [40], Beilschmiedia sp. [27], Monimiaceae a Magnoliaceae [41] viedli k izolácii série alkaloidov aporfínového a proaporfínového typu. Medzi nimi epinastín B (23), dehydrodicentrín (24), rímsky (25), doktrína (26), 2-hydroxy-9-metoxyaporfín (27), laurotetanín (28), liriodenín (29), oreobeilín (30), boldin (31), secoboldin (32), asimilobin (33), (S)-3-metoxynordomesticín (34) a izoboldín (35) vykazujú významné inhibičné účinky na AChE [26,27] .

Alkaloidy lykorínového typu, tiež známe ako alkaloidy z čeľade Amaryllidaceae, patria do veľkej skupiny izochinolínových alkaloidov. Možno ich nájsť v rastlinách čeľade Amaryllidaceae. Bolo izolovaných veľa alkaloidov lykorínového typu, väčšinou koncentrovaných v cibuľkách a listoch [42]. Alkaloidy lykorínového typu vrátane galantínu (36) a 1 zo Zephyranthes carinata vykazovali AChE inhibičnú aktivitu voči AChE [28].

Steroidné alkaloidy sú jednou z dôležitých tried alkaloidov odvodených z rastlín. Majú základný steroidný hlavný reťazec s atómom dusíka prítomným v kruhu alebo bočnom reťazci [43]. Uvádza sa, že tri nové steroidné alkaloidy Mokluangins A–C (37–39) z Holarrhena pubescens majú inhibičnú aktivitu voči AChE v rozsahu 1,44 až 4,09 µM, pričom substitúcia na C-3 slúži ako kľúč v modulácii AChE inhibičná aktivita [29]. Izosteroidné alkaloidy sú jedným z reprezentatívnych steroidných alkaloidov patriacich do typu skeletu C-27 [43]. Sedem izosteroidných alkaloidov (40–46) z Fritillaria walujewii bolo hlásených pre ich potenciálne inhibičné aktivity cholínesterázy. Ukázalo sa, že tortifolin (40), Walujewine C (41), Sinpeinine A (42), Walujewine A (46) a Walujewine E (44) inhibujú AChE s hodnotami IC50 5,8 až 9,8 µM, zatiaľ čo všetky zlúčeniny inhibujú BuChE menej ako 10 uM okrem 46. Dá sa odvodiť, že všetky zlúčeniny sú duálne inhibítory cholínesterázy okrem 43, 45 a 46 [30].

cistanche na predaj

Pyrroloiminochinónové alkaloidy sa izolujú hlavne z morských organizmov. Medzi dôležité pyroloiminochinónové alkaloidy patria discorhabdiny, prognóza, bazilióny, wakayiny a Camarones [44]. Discorhabdins G (47) a B (48) z Antarktídy Latrunculia sp. hubky vykazovali AChE inhibičné aktivity s hodnotami IC50 1,3 a 5,7 uM [31]. Lycopodium alkaloidy sú zaujímavou triedou alkaloidov, ktoré sa bežne vyskytujú v rastlinách Lycopodiaceae. Pozostávajú z alkaloidov chinolizínového, pyridínového a -pyridónového typu [45]. Lycopodium alkaloidy sa vo všeobecnosti skladajú z C16 skeletov a občas majú C32 skelety, ak existujú ako diméry [46]. Medzi izolovanými lykopodium alkaloidmi sa huperzín A (2) objavil ako dobre známy inhibítor AChE v liečbe AD [45]. Squarrose A (49) a pyrohuperzín A (50) boli izolované ako nové alkaloidy Lycopodium z Huperzia squarrosa spolu so známym 2 a 12- epilykodolín-N-oxidom (51). Na základe zistení bol huperzín A najúčinnejší na inhibíciu AChE, po ktorom nasledovalo 49, 50 a 51 [32]. V pokračujúcej štúdii na tej istej rastline poskytla H. squarrosa 52 ako nový lykopodium alkaloid s AChE inhibičným potenciálom [33].

Alkaloidy lykodínového typu patria do triedy lykopódových alkaloidov. Vo všeobecnosti pozostávajú zo štyroch kruhov, vrátane jedného pyridínového alebo pyridínového kruhu. Je známe, že alkaloidy lykodínového typu vykazujú inhibičnú aktivitu voči AChE [46]. V štúdii vykonanej na alkaloidoch lykodínového typu vrátane lykokazuarinínu D (53), lykokazuarinínu A (54), N-demetylhuperzinínu (55) a huperzínu C (56) z Lycopodiastrum casuarinoides sa u nich uvádzal ich potenciál inhibovať cholínesterázu. 50 a 51 vykazovali inhibíciu AChE s hodnotami IC50 0,22 a 4,74 µM, zatiaľ čo 55 a 56 boli duálne inhibítory cholínesterázy [34].

Flavoalkaloidy sú jedinečnou podtriedou alkaloidov pozostávajúcou zo základného skeletu flavonoidov fúzovaných s kruhmi obsahujúcimi dusík, ako je pyrolidinón, pyrolidín, indol, piperidín, piperidín a aminoglykozid [47]. K dnešnému dňu bolo hlásených menej ako 100 prirodzene sa vyskytujúcich chuťových keloidov, hoci sa zistilo, že vykazujú široké spektrum bioaktivít [35,47]. V nedávnej štúdii bolo z Camellia sinensis izolovaných päť nových cinnamoylovaných chuťových keloidov. Zlúčeniny boli známe ako 3-O-cinnamoylepikatechín (57), (-)-6-(5"' S)

N-etyl-2-pyrolidinón-3-O-cinnamoylepikatechín (58), (-)-6-(5"'R)-N-etyl-2-pyrolidinón{{1{{ 30}}}} O-cinnamoylepikatechín (59), (-)-8-(5"'S)-N-etyl-2-pyrolidinón-3-O-cinnamoylepikatechín (60) a (- )-8-(5"'R)-N-etyl-2-pyrolidinón-3-O-cinnamoylepikatechín (61). Všetky aromatické keloidy vykazovali významnú inhibičnú aktivitu voči AChE s IC50 v rozsahu od 0,126 do 1,040 µM Štúdia odhalila, že pozícia C-6 bola kľúčová v inhibičných aktivitách AChE [35].

3. Viacúčelový modulačný potenciál alkaloidov pri neurodegeneratívnych ochoreniach

Po desaťročia sa výskumníci intenzívne zameriavali na objavovanie liekov, ktoré môžu potenciálne modifikovať progresiu neurodegeneratívnych ochorení, napríklad objav inhibítorov sekretázy založený na amyloidovej hypotéze pre Alzheimerovu chorobu. Žiaľ, žiadny z kandidátov nepreukázal sľubné výsledky zlepšujúce progresiu ochorenia v záverečnej fáze klinických skúšok. Inhibítory cholínesterázy zostali liekmi na zvládnutie ochorenia a ďalšie štúdie sa vyzývajú na preskúmanie potenciálu alkaloidov pri liečbe neurodegeneratívnych stavov okrem ich cholínesterázovej aktivity [48]. Napriek tomu, že majú silné anticholínesterázové vlastnosti, ktoré pomáhajú zlepšovať kognitívne funkcie, vykonali sme prieskum alkaloidov v tabuľke 1, ktoré majú potenciálne inhibičné účinky na cholínesterázu, a zostavili sme niekoľko štúdií, ktoré uvádzajú potenciál týchto alkaloidov pôsobiť na viaceré iné ciele, poskytnúť prehľad o viaccieľovom modulačnom potenciáli týchto zlúčenín. Nedá sa však vylúčiť, že zlúčeniny s menšou inhibičnou aktivitou cholínesterázy nie sú potenciálne užitočné pre niektoré ďalšie ciele pri neurodegeneratívnych ochoreniach. Táto časť sa zameriava najmä na Alzheimerovu chorobu (AD) a Parkinsonovu chorobu (PD). Súbor mechanizmov, na ktoré tieto alkaloidy pôsobia, zahŕňa neuroprotekciu, neurozápal, neurogenézu, agregáciu amyloidu-beta (A) a hyperfosforyláciu tau.

3.1. Neuroprotekcia

Neuroprotekcia spomaľuje stratu neurónov a následnú progresiu neurodegeneratívnych ochorení prostredníctvom rôznych ciest, vrátane redukcie oxidačného stresu, mitochondriálnej dysfunkcie, agregácie proteínov, zápalu, excitotoxicity a bunkovej apoptózy [49].

Niekoľko štúdií ukázalo, že harman (7), harmol (8), harmín (9), harmalín (12) a harmalol (13) patria do triedy indol-karbolín (tabuľka 1), vykazujú neuroprotektívny potenciál proti poškodeniu neurónov. Štúdia in vitro ukázala, že 7 chráni pred toxicitou vyvolanou H2O2-v bunkách neuroblastómu tým, že zmierňuje zníženú životaschopnosť buniek [50]. Tento model je spojený s neuronálnymi zraneniami spôsobenými oxidačným stresom, ktorý sa podieľa na vývoji neurodegeneratívnych ochorení.

12 sa široko používa na vyvolanie tremoru u hlodavcov, nezistil sa žiadny negatívny vplyv na samotné dopaminergné bunky PC12 v koncentrácii 50 µM, rovnako ako na jeho metabolit harmalol 13 [51]. Výsledok sa zhoduje s dvoma ďalšími štúdiami, ktoré nepreukázali žiadnu toxicitu vyvolanú bunkami PC12 samotnými 12 a 13 [52,53]. MPP plus je neurotoxín pre dopaminergné neuróny, ktoré sa podieľajú na Parkinsonovej chorobe (PD). Úloha 7 pri potláčaní účinkov 1-metyl-4- fenylpyridínia (MPP plus ) sa dosahuje potlačením mitochondriálneho transmembránového potenciálu (MMP), uvoľňovaním cytochrómu c, aktiváciou kaspázy-3, reaktívnymi formami kyslíka ( ROS) a hladiny GSH in vitro [51–53]. Oxidácia dopamínu spúšťa rôzne kaskády za vzniku endogénnych neurotoxínov, ktoré prispievajú k neurodegenerácii [54,55]. V prípade 12 sa ukázalo, že kompenzuje toxické účinky oxidácie dopamínu na mozgové mitochondrie Ex vivo. To sa pripisuje antioxidačným vlastnostiam zlúčeniny 12 prostredníctvom udržiavania aktivity tioredoxínreduktázy a inhibície oxidácie tiolu, a teda tvorby produktu oxidácie dopamínu [56]. Okrem toho 9 a 12 upregulovali antioxidačné enzýmy, ako je superoxiddismutáza [57] a glutatiónperoxidáza (GPx) in vitro, zatiaľ čo v iných štúdiách znižovali zvýšenie ROS a oxidáciu tiolu, čo viedlo k zosilnenému antioxidačnému obrannému mechanizmu na vytvorenie neuroprotektívneho účinku. [52,53,58,59].

Okrem toho 9 prejavilo neuroprotektívne účinky zvýšením hladiny proteínu glutamátového transportéra-1 (GLT{2}}) a vychytávania glutamátu závislého od GLT-1 a transportéra glutamátu aspartátu (GLAST) v astrogliálnych bunkách a v kortikálne tkanivo myší SOD1G93A, model transgénnej myši amyotrofickej laterálnej sklerózy [60]. Tieto glutamátové transportéry udržujú nízku extracelulárnu koncentráciu glutamátu, ktorý je excitačným neurotransmiterom, pričom jeho akumulácia prispieva k excitotoxicite [61]. Nedávny systematický prehľad navyše ukázal, že 9 zlepšilo pamäť a učenie a preukázalo neuroprotektívne účinky na hipokampus v predklinických experimentálnych modeloch [62]. Údajne sa podieľal na upregulácii GLT{11}}, znižovaní ROS, zvyšovaní mozgového neurotrofického faktora (BDNF) a mal protizápalové účinky. V kontexte PD sa nedávno skúmal 9 z hľadiska jeho degradačného účinku na -synukleín in vitro. Systém ubikvitín-proteazóm (UPS) je jedným zo systémov, ktoré odstraňujú synukleín prostredníctvom proteolytickej aktivity proteazómu a ukázalo sa, že 9 zvýšil proteolytickú aktivitu prostredníctvom fosforylácie proteínkinázy A (PKA), a tým zvýšil UPS pre klírens synukleínu [63, 64].

13, metabolit 9, bol zahrnutý do výsledkov z vyššie uvedených štúdií ako záujmová zlúčenina a zistilo sa, že 13 poskytuje neuroprotekciu prostredníctvom modulácie oxidačného stresu, MMP a apoptózy in vitro [51–53]. Tieto nálezy ukázali pokles ROS a oxidácie tiolu, zvýšenie hladín GSH a oslabenie straty MMP [51–53,65]. Skúmal sa aj účinok 13 na dva procesy zapojené do sprostredkovania bunkovej smrti, čo je uvoľnenie cytochrómu c a aktivácia kaspázy-3, a 13 znížil oba [51,66].

Výskum ochranných účinkov berberínchloridu (21), čo je izochinolínový alkaloid (tabuľka 1), na neurodegeneráciu si v posledných rokoch získava na popularite. V štúdii in vivo predbežné ošetrenie 21 na neurotoxicitu stimulovanú 6-hydroxydopamínom (6-OHDA), ktorá modeluje PD u potkanov, významne znížilo rotácie vyvolané apomorfínom a stratu substantia nigra pars compacta zafarbenej Nissl ( SNpc) neuróny a zoslabili redukciu imunoreaktivity tyrozínhydroxylázy v SNpc dopaminergných neurónoch [67]. Štúdia in vitro ukázala, že 21 má neuroprotektívne vlastnosti proti neurodegenerácii sprostredkovanej oxidačným stresom prostredníctvom aktivácie signálnych kaskád Akt/GSK, Akt/GSK3/Nrf-2 a PI3K/Akt/Nrf2, čím zvyšuje p-CREB, stimuluje NGF a Uvoľňovanie BDNF, zníženie jadrovej translokácie NF-κB, potlačenie TNF , COX-2, IL-1B, NF-κB a downregulácia kaspázy-1, kaspázy-3, Bax, Bcl-2 elevácia, cyklín D1 a p53 [68]. Okrem výsledkov na úrovni predchádzajúcich štúdií Deng a tím hlásili 21 zníženú produkciu ROS a reverznú redukciu MMP in vitro a navrhli 21 neuroprotektívnych účinkov aktiváciou dráhy PI3K/Akt pri neurotoxicite vyvolanej rotenónom [69]. 21 tiež dokázalo, že chráni bunky PC-12 pred oxidačným poškodením prostredníctvom mitofágie sprostredkovanej PI3K/AKT/mTOR [70]. Wallerian-like degeneration (WLD) je axonálna degenerácia, siahajúca od axónu distálne k miestu poranenia a vyskytuje sa pri neurodegeneratívnych ochoreniach [71]. Zaujímavé je, že sa zistilo, že 21 je nekompetitívnym inhibítorom proteínu 1 obsahujúceho sterilný alfa a Toll Interleukin Receptor Motif (SARM1), ktorý je kľúčovým mediátorom WLD a poskytuje percentuálnu inhibíciu z primárneho skríningu 70 percent [72]. . Rovnaká štúdia ďalej testovala svoju inhibičnú aktivitu na doméne SAM1-2TIR bakteriálnych a Expi293 buniek, aby sa potvrdili zistenia a získali sa hodnoty IC50 110 ± 10 uM a 77 ± 5 uM. Okrem toho 21 zvýšil CYP2J2, proteín, o ktorom sa zistilo, že chráni pred modelom PD prostredníctvom stimulácie receptora alfa aktivovaného peroxizómovým proliferátorom (PPAR- ) in vitro [73]. Štúdia in vivo ukázala, že 21 zabránil inhibícii dehydratázy kyseliny aminolevulínovej (δ-ALA-D) a zabránil poškodeniu purinergného prenosu zoslabením straty aktivity NTPDázy, ADP, 50 -nukleotidázy a ADA pri demencii vyvolanej streptozotocínom, pri ktorej regulácia tohto prenosu hrá úlohu pri spracovávaní pamäte [74,75]. Avšak aktivita ô-ALA-D v špecifických neurónových bunkách si vyžaduje ďalšie skúmanie kvôli obmedzeným dostupným štúdiám.

cistanche na predaj

Stimulácia aktivity gliového hemikanálu zvyšuje uvoľňovanie ATP a glutamátu, čo následne indukuje smrť neurónov, zatiaľ čo retikulon{0}} (RTN3) sa agreguje v mozgu AD a uľahčuje vývoj dystrofických neuritov [76,77]. Boldine (31), aporfínový alkaloid (tabuľka 1), údajne znižuje aktivitu astrogliálneho hemikanálu bez ovplyvnenia komunikácie medzi medzerami, čím sa znižuje uvoľňovanie ATP a glutamátu. Štúdia in vivo ukázala 31 ochranu pred neuronálnym oxidačným stresom a neuritickými dystrofiami obklopujúcimi amyloid-beta (A ) plaky, pričom u myší APP/PS1 boli pozorované menšie a menšie oblasti RTN3 imunoreaktívnych dystrofických neuritov (RIDN) [78]. V inej štúdii 31 rozložil H2O2, znížil degradáciu deoxyribózy sprostredkovanú železom a EDTA a tvorbu melanínu oxidáciou dopamínu, zmiernil stratu MMP, zvýšenie cytochrómu C, stratu aktivity tioredoxínreduktázy, inhiboval oxidáciu tiolu vyvolanú dopamínom a {{15} }Strata životaschopnosti buniek OHDA a PC{16}} a aktivácia kaspázy{17}} indukovaná dopamínom [79].

Štúdia in vivo ukázala, že deoxyvazicín (15), čo je -karbolínový alkaloid (tabuľka 1), chránil neuróny pred poškodením spôsobeným oxidačným stresom v dávke 15 mg kg-1. Štúdia preukázala, že množstvo glutatiónperoxidázy (GPx) bolo významne zvýšené podaním 15, čím sa následne posilnil antioxidačný obranný mechanizmus v mozgu. Okrem toho, 15 bol schopný zvýšiť prežitie nervov zvýšením mozgového neurotrofického faktora (BDNF) na 45 mg kg-1 [80].

3.2. Neurozápal

V priebehu rokov sa uskutočnili štúdie na skúmanie patológie neurodegeneratívnych stavov a zistilo sa, že jedným zo základných mechanizmov je neurozápal. Porucha funkcie imunitných buniek môže vyvolať zápal v centrálnom nervovom systéme (CNS) a prípadne spôsobiť poškodenie nervov. Najmä akútny zápal môže byť prospešný pre mozog. Naopak, chronický zápal môže poškodiť mozog podporou hyperfosforylácie tau proteínu a agregácie amyloidu-beta (A ). Tieto mechanizmy môžu byť aktivované prozápalovými mediátormi, ako je interleukín 1 (IL-1) a interleukín 6 (IL-6). Keďže zápal úzko súvisí s patológiou neurodegeneratívnych stavov, ako sú AD a PD, alkaloidy, ktoré sú schopné zabrániť neurozápalu, môžu byť schopné zmierniť neurozápal, ako aj pomôcť zvládnuť stavy [81–83].

9 a 12 boli zvýraznené ako schopné pôsobiť proti neurozápalu. Predpokladalo sa, že sú schopné znížiť produkciu zápalových cytokínov, ako je tumor nekrotizujúci faktor alfa (TNF-) a myeloperoxidáza (MPO) a mediátorov, ako je oxid dusnatý (NO). Konkrétne, 7 a 12 vykazovali IC50 0,08 µM a 0,26 µM smerom k MPO, v tomto poradí, čo dokazuje ich potenciál byť začlenený ako činidlo proti neurozápalu [58,59]. Okrem toho štúdia in vivo naznačila, že 9 významne zlepšilo kognitívne deficity u chemicky indukovaných diabetických potkanov pri dávke 20 mg kg-1. Štúdia navrhla, že diabetes mellitus úzko súvisí s kognitívnou dysfunkciou a obe súviseli so zápalom. Keď sa 9 podal diabetickým potkanom, aktivita zápalu NLRP3 bola potlačená, čo viedlo k zvýšeniu expresie neurotrofického faktora odvodeného od mozgu (BDNF) a následne k zlepšeniu kognitívnych schopností [84]. Okrem toho štúdia in vivo uvádza, že 9 bol tiež schopný prejsť cez hematoencefalickú bariéru (BBB) ​​krátko po perorálnom užití [85].

Ďalší -karbolínový alkaloid 15 bol schopný inhibovať neurozápal niekoľkými cestami. Štúdia in vivo dokázala, že 15 je schopný zvýšiť množstvo -GABA a znížiť množstvo glutamátu v mozgu pri koncentráciách 5 1, 15 a 45 mg kg-1. -GABA je životne dôležitý neurotransmiter, ktorý pôsobí tak, že inhibuje neurozápal iniciovaný astrocytmi a mikrogliami tým, že bráni uvoľňovaniu TNF-. Okrem toho produkcia TNF-, čo je cytokín, ktorý podporuje zápal, bola tiež významne znížená v závislosti od koncentrácie pri liečbe 15 v koncentráciách 5–45 mg.kg-1 [80].

21 pôsobí na viaceré ciele na zlepšenie stavov AD. Jedným z mechanizmov účinku 21 je zmiernenie neurozápalu [86]. Napríklad štúdia in vivo zaznamenala pokles prozápalových mediátorov vrátane COX-2, IL-12, IL-6, IL-1 a TNF- v dôsledku podaní 21 do mozgu AD potkanov [87]. Okrem toho štúdia in vivo uviedla, že 21 bráni expresii a fosforylácii podčasti p65 pri 50 mg kg-1. p65 je súčasťou heterodiméru NF-κB, ktorý je životne dôležitý pri modulácii produkcie zápalového proteínu [88]. Okrem toho štúdia in vivo tiež uviedla, že 21 bol schopný pôsobiť proti neurozápalu potlačením signálnych kaskád IL-6, TNF a p38 MAPK [89].

3.3. Neurogenéza

Neurogenéza dospelých je proces, ktorý sa vyskytuje v subgranulárnej zóne (SGZ) a subventrikulárnej zóne (SVZ) hipokampu za vzniku neurónov počas celého života človeka. Defekt v neurogenéze dospelých môže potenciálne viesť k neurodegeneratívnym stavom, ako je Alzheimerova choroba (AD), Parkinsonova choroba (PD) a Huntingtonova choroba (HD) [90]. Napríklad štúdia in vivo uvádza, že porucha neurogenézy u dospelých sa mohla začať v ranom štádiu ochorenia AD ešte pred tvorbou neurotoxických neurofibrilárnych spletí a plakov A [91,92].

Štúdia in vitro naznačila, že 8, 9 a 12 úspešne indukovali neurogenézu pri testovaní na progenitorových bunkách kultivovaných z SGZ a SVZ. Okrem toho metabolizmus 9 v ľudskom tele produkoval 8 ako hlavný produkt. Tieto -karbolínové alkaloidy boli tiež schopné indukovať špecializáciu neurónových buniek, čo bolo dokázané prítomnosťou expresie MAP-2 a Tuj{7}}. Štúdia navrhla, že neurogenézny potenciál týchto -karbolínových alkaloidov sa pripisuje ich inhibičnej aktivite voči monoaminooxidáze [70] a DYRK1A [93].

Štúdia in vitro skúmajúca potenciál neurogenézy aporfínových alkaloidov (tabuľka 1) na PC-12 bunkách ukázala, že asimilobin (33) významne stimuloval rast neuritov v PC-12 bunkách, ale bez zjavného účinku na mRNA expresia kódujúca proteíny nevyhnutné pre bunkové delenie a špecializáciu. Okrem toho štúdia tiež uvádza, že 33 je vysoko penetrabilný cez hematoencefalickú bariéru (BBB), čo z neho robí potenciálneho kandidáta na liečivo na zvládnutie neurodegeneratívnych stavov [94].

3.4. Agregácia amyloidu beta

Amyloid beta (A) je produkt, ktorý je výsledkom enzymatického rozkladu amyloidného prekurzorového proteínu (APP) pomocou -sekretázy a -sekretázy a predpokladá sa, že A hrá úlohu pri rozvoji AD. A je peptid, ktorý väčšinou pozostáva zo 40 – 42 aminokyselín a je náchylný na agregáciu za vzniku neurotoxických A plakov. Akonáhle sa A plaky nahromadia v mozgu, vyvinú sa abnormálne synaptické a neurónové aktivity, ktoré spôsobia poškodenie mozgu a spôsobia symptómy, ako sú kognitívne deficity a postupná strata pamäti [95,96].

Preto prevencia agregácie A môže pomôcť oddialiť progresiu AD. Okrem anticholínesterázovej aktivity, ktorú vykazujú alkaloidy rastlinného pôvodu, sú niektoré z nich schopné inhibovať agregáciu A. Rada (19) a nizatidín (20) sú izochinolínové alkaloidy (tabuľka 1) a majú schopnosť inhibovať oligomerizáciu A.

Štúdia in vitro uviedla, že 19 a 20 preukázali strednú intenzitu supresie smerom k agregácii A, ako je zrejmé z ich hodnôt IC50 5,56 a 1,89 uM smerom k A . V skutočnosti sa tiež navrhlo, že 19 aj 20 mali najvýznamnejšiu inhibičnú aktivitu voči viacerým cieľom zapojených do neurodegeneratívnych stavov a mali podobné molekulárne štruktúry v porovnaní s inými izochinolínovými alkaloidmi extrahovanými zo Zanthoxylum rigidum. Preto sa odporúča skúmať molekulárny skelet spojený s ich viacúčelovou aktivitou [24]. Okrem toho sa 21 študovalo roky a v prehľade sa uvádza, že bráni signalizačným kaskádam ERK1/2 a mitogénom aktivovanej proteínkinázy (MAPK), v dôsledku čoho deaktivuje -sekretázu-1 (BACE-1) a zmenšujúca sa generácia A [86]. V skutočnosti sa 21 predáva ako voľne predajný produkt, ktorý sa v Číne konzumuje perorálne, keďže štúdie skúmajúce jeho účinnosť a bezpečnosť po perorálnom užití uvádzajú prijateľné výsledky. Okrem svojej anticholínesterázovej aktivity, ktorá je porovnateľná s 1 a 21, má tiež schopnosť znižovať agregáciu A znížením tvorby A. Štúdia in vivo uvádza, že 21 bol schopný významne inhibovať aktivitu -sekretázy v mozgu s AD, čím sa znížila tvorba A až o 40 percent a zlepšili sa symptómy AD. Okrem supresívneho účinku na -sekretázu, iná štúdia in vivo uvádza, že 21 zvyšuje aktivitu A40, ktorá znižuje neurotoxický potenciál A42 modifikáciou stability, morfológie a rozpustnosti A42, aby sa zhoršila agregácia A42 [87,97]. Toto tvrdenie je ďalej podporené štúdiou in vivo, ktorá tvrdila, že látka 21 pri koncentráciách 50 a 100 mg/kg/deň bola schopná znížiť reguláciu Pen-2, Aph-1 a PS1 častí -sekretázy a -sekretázy, čo následne potláča produkciu A. Okrem toho sa ukázalo, že 21 významne zvyšuje aktivitu -sekretázy pri rovnakých koncentráciách [98]. Štúdia in vitro ďalej naznačila, že 21 bol schopný inhibovať oligomerizáciu A a tvorbu fibríl [99].

3.5. Tau hyperfosforylácia

Proteín Tau (τ) hrá dôležitú úlohu pri stabilizácii neuronálnych mikrotubulov, a tým podporuje štruktúru neurónu a intracelulárny transport živín. Kinázy, ktoré zahŕňajú kinázu 1A regulovanú fosforyláciou tyrozínu (DYRK1A), kinázu glykogénsyntázy-3 (GSK-3), proteínkinázu II aktivovanú Ca2 plus /kalmodulínom a kinázu závislú od cyklínu-5 (Cdk5) môže indukovať hyperfosforyláciu tau. Hyperfosforylácia tau proteínu vedie k zhlukovaniu fosforylovaných tau proteínov za vzniku neurofibrilárnych klbiek párového tau špirálového vlákna. V dôsledku toho už nepodporujú mikrotubuly v neuróne, čo nakoniec vedie k apoptóze neurónov, a teda k neurodegenerácii [100].

9 sa zistilo, že má inhibičné aktivity voči DYRK1A, čo zase bráni hyperfosforylácii tau proteínu. Štúdia in vitro dokázala, že 9 bol silným inhibítorom DYRK1A s IC50 približne 80 nM. 9 deaktivoval DYRK1A, čím potláčal tau fosforyláciu na seríne 396, následne redukoval všetky tri typy fosforylovaných foriem tau proteínu. Znížením množstva fosforylovaného tau harmín (9) zachoval funkciu tau na podporu mikrotubulov v neuróne, čím zabránil smrti neurónov. Bolo však publikované, že 9 môže byť neurotoxický pri koncentráciách nad 8 uM v dôsledku nadmernej deplécie tau proteínu [100].

Okrem 9, 21 bol tiež schopný brániť hyperfosforylácii tau proteínu. Hoci je potrebné vykonať ďalší výskum skutočného mechanizmu 21 na zníženie hyperfosforylácie tau, dve štúdie in vitro ukázali, že 21 je schopný zabrániť hyperfosforylácii tau proteínu stimulovanej kalykulínom A v koncentráciách 20 a 25 µg ml-1. znížením aktivity GSK-3 a upreguláciou aktivity proteínovej fosfatázy 2A. Okrem toho reverzia fosforylácie tau bola indukovaná 21 na Ser262 [86,101,102]. Štúdia in vivo tiež uvádza, že antioxidačné vlastnosti 21 by mohli pomôcť inhibovať nadmernú expresiu proteínu tau a hyperfosforyláciu tau v mozgu s AD [87].

4. Fyzikálnochemická analýza alkaloidov

Obrázok 5 ukazuje analýzu fyzikálno-chemických vlastností alkaloidov zahrnutých v tomto prehľade. Molekulová hmotnosť väčšiny zlúčenín bola pod 500 Da. Medzi zlúčeniny s vyššou molekulovou hmotnosťou patrili 44, 45 a chuťové alkaloidy (58 – 61). Len jedna zlúčenina porušuje Lipinského pravidlo pre darovanie vodíkových väzieb, rotačné väzby a topologickú polárnu plochu povrchu (TPSA). Je zaujímavé, že všetky zlúčeniny zahrnuté v tomto prehľade dodržiavali Lipinského pravidlo pre Log P a akceptor vodíkovej väzby (HBA). 32 zlúčenín bolo klasifikovaných ako vysoko rozpustných, 15 zlúčenín malo strednú rozpustnosť a 7 zlúčenín malo nízku rozpustnosť.

5. Metóda

Do tejto štúdie boli zahrnuté všetky prirodzene odvodené alkaloidy uvedené v literatúre pre ich inhibičnú aktivitu na cholínesterázu medzi 20 11–2020. Syntetické alkaloidy, alkaloidy predbežne identifikované plynovou chromatografiou-hmotnostnou spektrometriou (GC-MS) a kvapalinovou chromatografiou-hmotnostnou spektrometriou LCMS uvádzané pre ich inhibíciu cholínesterázy boli z tejto štúdie vylúčené. Obrázok 1 ukazuje, že do tohto prehľadu bolo zahrnutých 38 percent a 18,7 percent inhibítorov AChE a BuChE s IC50 menším alebo rovným 10 uM. Výsledkom bolo, že 61 zlúčenín s IC50 menšou alebo rovnou 10 uM okrem 1 a 2 bolo zahrnutých do textu a prehľadu z hľadiska potenciálu modifikovať chorobu vrátane inhibície amyloidu-beta, inhibície hyperfosforylácie tau, neurozápalu, neurogenézy a neuroprotektívneho účinku. účinky. Boli predpovedané fyzikálno-chemické vlastnosti 59 alkaloidov (okrem galantamínu a huperzínu A) (Instant JChem 17.10.0, 2020 ChemAxon Ltd.).

6. Závery

Rastúci počet dôkazov ukázal dôležitosť prirodzene odvodených alkaloidov ako modulátorov neurodegeneratívnych chorôb. Hoci alkaloidy sú hlavným zdrojom inhibítorov AChE, objavuje sa významný počet duálnych inhibítorov cholínesterázy a inhibítorov BuChE. Je zaujímavé poznamenať, že niekoľko alkaloidov zdokumentovaných v tomto prehľade chráni neuróny pred škodlivými mechanizmami, ako je neurozápal, oxidačný stres, excitotoxicita, apoptóza, akumulácia A a fosforylácia tau, a mohli by byť vyvinuté na liečbu Alzheimerovej a Parkinsonovej choroby. Konkrétne, 9 a 21 sú potenciálne modulátory pri riadení progresie týchto ochorení. Napriek tomu dávkovanie týchto alkaloidov na použitie pri neurodegeneratívnych ochoreniach zostalo nepresvedčivé. Fyzikálnochemická analýza odhalila, že väčšina alkaloidov dodržiava Lipinského pravidlá pravdepodobnosti drog. Hematoencefalická bariéra je dôležitým faktorom chrániacim prenikanie zlúčenín do mozgu a vyžaduje si, aby sa jej venovala ďalšia pozornosť. Je pochopiteľné, že neúspechy prirodzene odvodených zlúčenín, ako je nízky výťažok extrakcie, zastavili vývoj potenciálnych kandidátov do terapeutických smerov. Na zlepšenie ich užitočnosti ako životaschopných terapeutík je potrebný ďalší vývoj.