Потенциал на естествено получените алкалоиди като многоцелеви терапевтични агенти за невродегенеративни заболявания

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

Резюме:Алкалоидиса клас вторични метаболити, които могат да бъдат получени от растения, гъби и морски гъби. Те са широко известни като непрекъснат източник на лекарства за управление на хронични заболявания, включително рак, диабет и невродегенеративни заболявания. Например галантамин и хуперзин А саалкалоидпроизводни, използвани в момента за симптоматично лечение на невродегенеративни заболявания. Етиологията на невродегенеративните заболявания е полигенна и многофакторна, включително, но не ограничена до възпаление, оксидативен стрес и протеинова агрегация. Следователно, алкалоиди на базата на естествени продукти с полифармакологични модулационни свойства са потенциално полезни за по-нататъшно разработване на лекарства или, в по-малка степен, като хранителни добавки за управление на невродегенерацията. Този преглед има за цел да обсъди и обобщи последните разработки относно естествено получените алкалоиди за невродегенеративни заболявания.

Ключови думи:алкалоиди; многоцелеви агент; холинестераза; неврозащитен; невровъзпаление; неврогенеза; амилоид-бета; тау протеин; подобие на дрога

ПредотвратявамАлцхаймерзаболяване съсцистанче

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

1 Група за изследване на биофункционални молекули (BMEX), Факултет по фармация, Университет Монаш, Малайзия, Jalan Lagoon Selatan, Bandar Sunway 47500, Малайзия

2 секция по химия, училище за дистанционно обучение, Universiti Sains Malaysia, Penang 11800, Малайзия

1. Въведение

Невродегенеративнизаболяваниясе класифицират като група хронични заболявания, които са предимно нелечими и се характеризират с прогресивна загуба на паметта и/или смърт на невронни клетки в централната нервна система. Някои примери включват болестта на Алцхаймер (AD) и болестта на Паркинсон (PD) и плановете за управление на тези заболявания са просто симптоматични лечения, които не спират прогресията на заболяването [1,2]. Повечето от тези заболявания са тясно свързани с възрастта. Всяко невродегенеративно заболяване е свързано с различни клинични прояви като когнитивна дисфункция и нарушено ежедневно функциониране [3]. През 2016 г. около 43,8 милиона души страдат от деменция и 6,1 милиона души страдат от болестта на Паркинсон, като броят им продължава да нараства всяка година [4,5]. AD представлява приблизително 75 процента от всички случаи на деменция, поради което се счита за най-честата форма на деменция [6,7].

Симптомите на AD включват загуба на памет и може да прогресира до напреднал стадий, който се проявява като възбуда, апатия, агресия, халюцинации, фалшиви вярвания и когнитивна дисфункция; в крайна сметка пациентите с тежка AD умират от загуба на основни физиологични функции и усложнения от инфекции [8–10]. Възможностите за лечение на AD са ограничени до холинестеразни инхибитори, включително донепезил, ривастигмин и галантамин, и антагонист на N-метил-D-аспартат рецептор (NMDA), наречен мемантин. Докато инхибиторите на холинестеразата инхибират разграждането на ацетилхолин, за да увеличат холинергичната невронна активност в централната нервна система, мемантинът възпрепятства невротоксичността, предизвикана от излишния глутамат [11]. PD се характеризира с наличието на забавено движение и поне един от следните симптоми, включително тремор в покой, постурална нестабилност или мускулна ригидност. PD обикновено се управлява с лекарства, които повишават допаминергичната нервна активност, включително леводопа и допаминови агонисти, както и лекарства, които потискат метаболизма на допамина, включително инхибитори на катехол-О-метилтрансфераза (COMT) и инхибитори на моноаминооксидаза B (MAO-B) [12]. И двете състояния нямат лек, който да спре прогресията на заболяването или да обърне увреждането. AD е мултифакторно заболяване, тъй като неговата етиология е свързана с натрупване на амилоид-бета, хиперфосфорилиране на тау протеин, ексцитотоксичност, оксидативен стрес и невровъзпаление [7,13]. Докато PD се свързва с натрупване на протеини, съдържащи вътреклетъчни агрегати, като убиквитин и алфа-синуклеин (-Syn), които образуват телца на Lewy, допаминергична невродегенерация в substantia nigra pars compacta (SNpc) и невровъзпаление [12,14].

Cistanche herba може да подобри паметта

Друго сходство между AD и PD е, че и двете заболявания са свързани с невровъзпаление. Невровъзпалението, индуцирано от амилоид-бета плаки при AD и алфа-синуклеинови агрегати при PD, значително влошава загубата съответно на холинергични и допаминергични неврони [11,14]. Тъй като настоящите възможности за лечение осигуряват единствено симптоматично облекчение, текущите изследвания се фокусират върху идентифицирането на многоцелеви терапевтични възможности за невродегенеративни заболявания. Естествените продукти са богат източник на терапевтични резултати. Например естествено получениалкалоидивключително хуперзин А и галантамин от лечебни растения са открити и проучени за техния потенциал при лечението на AD [15]. Към днешна дата промяната на парадигмата към многоцелеви модулационен подход при лечението на невродегенеративни заболявания е в съответствие с преобладаващите характерни природни продукти с многоцелеви свойства. Този преглед предоставя актуална информация за скорошната литература относно базираните на алкалоиди холинестеразни инхибитори и тяхната ефикасност in vivo при животински модели, подчертавайки техните механизми в експериментални модели, свързани с невродегенеративни разстройства, включително невропротекция, невровъзпаление, неврогенеза, тау патология и амилоид- бета натрупване. Едно от препятствията при разработването на лекарства включва свойства, подобни на лекарства. Поради това се провежда и анализ на физикохимичните свойства на съединения на базата на алкалоиди.

2. Потенциал за инхибиране на холинестераза на алкалоиди, получени от естествени продукти

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 цМ) е представен на Фигура 1.

Индоловите алкалоиди са сред най-голямата група хетерогенни вторични метаболити, включващи шестчленен ароматен пръстен, кондензиран с петчленен азотсъдържащ пиролов пръстен [36]. Съобщава се, че ресцинамин (3) от Rauvolfifia reflex се държи като двоен инхибитор на холинестераза (IC50 AChE 11,01 µM; BuChE 8,06 µM) [20]. Монотерпеновите индолови алкалоиди се разпознават като молекули, съдържащи монотерпеноидна единица, слята с индолова част. Монотерпеновите индолови алкалоиди (4–6), изолирани от Nauclea Officinalis, притежават селективна инхибиторна активност на BuChE. Доказано е, че Августин (4), нуклеин (5) и Августин (6) инхибират BuChE с IC50 в диапазона от 1,03 до 7,70 µM. Кинетично проучване показа, че 4 е инхибитор със смесен режим с Ki стойност от 6,12 µM [21].

-карболиновите алкалоиди представляват индолова част, кондензирана към C-3 и C-4 на пиридин в неговата орто-позиция [37]. Съобщава се, че десет -карболиновите алкалоиди (7-16) на Peganum harmala притежават холинестеразни инхибиторни активности със стойности 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="">

Фигура 2 разкрива, че общо 55 алкалоиди са идентифицирани като AChEi, докато 24 алкалоиди са идентифицирани като BuChEi. По същество е доказано, че 16 алкалоида инхибират и двата ензима при стойности на IC50, равни или по-малки от 10 µM. Таблица 1 изброява биоактивните алкалоиди, изолирани от растения, заедно с техните холинестеразни инхибиторни активности, докато фигури 3 и 4 показват химичните структури на алкалоиди 1-61.

Изохинолиновите алкалоиди са сред различните класове алкалоиди, получени от естествени източници. Те се състоят от изохинолинов или тетрахидроизохинолинов пръстен като техен основен скелет [38]. Advice (19) е най-мощният инхибитор на двойна холинестераза със стойности на IC50 от 0.15 и 0.88 µM както за AChE, така и за BuChE. Ранитидин (20) има по-слаба инхибиторна активност спрямо AChE и BuChE от 19 с IC50 стойности съответно от 0,65 µM и 5,73 µM [24]. Чрез сравнение на молекулярните структури, третичен амин присъства в позиции 7 от 19 и 20 и е отговорен за високия афинитет на свързване към AChE и BuChE. Берберин хлорид (21) и 13-алкилберберин (22) са други два изохинолинови алкалоида, получени от коренища на Coptis Chinensis, които притежават малко по-различни молекулни структури от 19 и 20. Въпреки че и 21, и 22 имат IC50 > 10 µM спрямо BuChE, 21 показва по-силна инхибиторна активност спрямо AChE с IC50 от 1,1 µM отколкото 22 с IC50 от 5,6 µM [25]. Чрез сравняване на молекулярните структури на двата алкалоида се вижда, че присъствието на метилова група в позиция 13 в структурата на 22 е отговорна за намалената инхибиторна активност срещу AChE и BuChE.

Алкалоидите апорфин и проапорфин са естествено получени от изохинолин. Като цяло те са разпространени в семействата Annonaceae, Lauraceae, Magnoliaceae и Menispermaceae [39]. Изследване на екстракти от Stephania Epigaea [26], Illigera aromatic [40], Beilschmiedia sp. [27], Monimiaceae и Magnoliaceae [41] доведе до изолирането на серия от алкалоиди от апорфинов и проапорфинов тип. Сред тях епинастин В (23), дехидродицентрин (24), ромен (25), доктрин (26), 2-хидрокси-9-метоксиапорфин (27), лауротетанин (28), лириоденин (29), Съобщава се, че ореобейлин (30), болдин (31), секоболдин (32), асимилобин (33), (S)-3-метоксинордоместицин (34) и изоболдин (35) проявяват значителна инхибиторна активност на AChE [26,27] .

Алкалоидите от типа Lycorine, известни също като алкалоиди Amaryllidaceae, принадлежат към голяма група изохинолинови алкалоиди. Те могат да бъдат намерени в растения от семейство Amaryllidaceae. Изолирани са много алкалоиди от ликоринов тип, концентрирани предимно в луковици и листа [42]. Алкалоидите от ликоринов тип, включително галантин (36) и 1 от Zephyranthes carinata, показват AChE инхибиторна активност срещу AChE [28].

Стероидните алкалоиди са един от важните класове алкалоиди, получени от растения. Те имат основен стероиден скелет с азотен атом, присъстващ в пръстена или страничната верига [43]. Съобщава се, че три нови стероидни алкалоиди Mokluangins A–C (37–39) от Holarrhena pubescens притежават инхибиторна активност на AChE в диапазона 1,44 до 4,09 µM, при което заместването при C-3 служи като ключ в модулирането на AChE инхибиторна активност [29]. Изостероидните алкалоиди са едни от представителните стероидни алкалоиди, принадлежащи към C-27 скелетния тип [43]. Съобщава се за седем изостероидни алкалоиди (40–46) от Fritillaria walujewii за техните потенциални инхибиторни активности на холинестераза. Показано е, че тортифолин (40), Walujewine C (41), Sinpeinine A (42), Walujewine A (46) и Walujewine E (44) инхибират AChE с IC50 стойности от 5,8 до 9,8 µM, докато за всички съединения е доказано, че инхибират BuChE по-малко от 10 µM с изключение на 46. Може да се заключи, че всички съединения са двойни инхибитори на холинестераза с изключение на 43, 45 и 46 [30].

продавам цистанче

Пиролоиминохиноновите алкалоиди се изолират главно от морски организми. Важни пиролоиминохинонови алкалоиди включват дискорхабдини, прогнози, базилиони, вакаини и камарон [44]. Discorhabdins G (47) и B (48) от Антарктика Latrunculia sp. гъбите показват инхибиторна активност на AChE със стойности на IC50 съответно 1,3 и 5,7 µM [31]. Алкалоидите на Lycopodium са интересен клас алкалоиди, често срещани в растенията от Lycopodiaceae. Те се състоят от алкалоиди от хинолизин, пиридин и -пиридон [45]. Обикновено ликоподиевите алкалоиди са съставени от C16 скелети и понякога имат C32 скелети, когато съществуват като димери [46]. Сред изолираните алкалоиди на ликоподиум, хуперзин А (2) се появява като добре известен инхибитор на AChE при лечението на AD [45]. Сквароза А (49) и пиролхуперзин А (50) са изолирани като нови алкалоиди на Lycopodium от Huperzia squarrosa, заедно с известния 2 и 12-епиликодолин N-оксид (51). Въз основа на констатациите хуперзин А е най-мощният за инхибиране на AChE, следван от 49, 50 и 51 [32]. В едно продължаващо проучване на същото растение, H. squarrosa дава 52 като нов алкалоид на ликоподиум с AChE инхибиторен потенциал [33].

Алкалоидите от ликодиновия тип принадлежат към класа на ликоподиевите алкалоиди. Обикновено те се състоят от четири пръстена, включително един пиридинов или пиридинов пръстен. Известно е, че алкалоидите от ликодинов тип показват инхибиторна активност на AChE [46]. В проучване, проведено върху алкалоиди от ликодинов тип, включително ликоказуаринин D (53), ликоказуаринин А (54), N-деметилхуперзинин (55) и хуперзин С (56) от Lycopodiastrum casuarinoides, се съобщава за техния потенциал за инхибиране на холинестераза. 50 и 51 показват инхибиране на AChE с IC50 стойности от 0,22 и 4,74 µM, докато 55 и 56 са двойни холинестеразни инхибитори [34].

Флавоалкалоидите са уникален подклас алкалоиди, състоящ се от основен скелет от флавоноиди, слети с азотсъдържащи пръстени, като пиролидинон, пиролидин, индол, пиперидин, пиперидин и аминогликозид [47]. Към днешна дата са докладвани по-малко от 100 естествено срещащи се ароматни келоиди, въпреки че е установено, че показват широк спектър от биоактивност [35,47]. В едно скорошно проучване, пет нови келоиди с аромат на канела са изолирани от Camellia sinensis. Съединенията са известни като 3-O-цинамоилепикатехин (57), (−)-6-(5"' S)

N-етил-2-пиролидинон-3-О-цинамоилепикатехин (58), (−)-6-(5"'R)-N-етил-2-пиролидинон{{1{{ 30}}}} O-цинамоилепикатехин (59), (−)-8-(5"'S)-N-етил-2-пиролидинон-3-O-цинамоилепикатехин (60) и (− )-8-(5"'R)-N-етил-2-пиролидинон-3-О-цинамоилепикатехин (61). Всички вкусови келоиди показват значителна инхибиторна активност на AChE с IC50 в диапазона от 0,126 до 1,040 µM Проучването разкрива, че позицията C-6 е от решаващо значение за инхибиторните дейности на AChE [35].

3. Мултицелеви модулационен потенциал на алкалоидите при невродегенеративни заболявания

В продължение на десетилетия изследователите са били силно фокусирани върху откриването на лекарства, които потенциално могат да променят прогресията на невродегенеративните заболявания, например откриването на секретазни инхибитори въз основа на амилоидната хипотеза за болестта на Алцхаймер. За съжаление нито един от кандидатите не е показал обещаващи резултати, подобряващи прогресията на заболяването в последната фаза на клиничните изпитвания. Инхибиторите на холинестеразата остават лекарствата за лечение на заболяването и по-нататъшни проучвания са подтикнати да изследват потенциала на алкалоидите за управление на невродегенеративни състояния в допълнение към тяхната холинестеразна активност [48]. Въпреки мощните антихолинестеразни свойства, които помагат за подобряване на когнитивната функция, ние проведохме търсене на алкалоидите в таблица 1, които имат потенциални холинестеразни инхибиторни активности и събрахме няколко проучвания, които съобщават за потенциала на тези алкалоиди да действат върху множество други цели, за предоставяне на преглед на потенциала за многоцелева модулация на тези съединения. Въпреки това, не може да се изключи, че съединения с по-слаби холинестеразни инхибиторни активности не са потенциално полезни за някои други цели при невродегенеративни заболявания. Този раздел се фокусира главно върху болестта на Алцхаймер (AD) и болестта на Паркинсон (PD). Съвкупността от механизми, върху които действат тези алкалоиди, включва невропротекция, невровъзпаление, неврогенеза, амилоид-бета агрегация (A) и тау хиперфосфорилиране.

3.1. Невропротекция

Невропротекцията забавя загубата на неврони и последващото прогресиране на невродегенеративни заболявания по различни пътища, включително намаляване на оксидативния стрес, митохондриална дисфункция, протеинова агрегация, възпаление, ексцитотоксичност и клетъчна апоптоза [49].

Няколко проучвания показват, че харман (7), хармол (8), хармин (9), хармалин (12) и хармалол (13) принадлежат към класа на индол-карболин (Таблица 1), проявяват неврозащитен потенциал срещу увреждане на невроните. Проучване In Vitro показа, че 7 предпазва от H2O2-индуцирана токсичност в клетките на невробластома чрез отслабване на намалената клетъчна жизнеспособност [50]. Този модел е свързан с невронни увреждания, причинени от оксидативен стрес, който е замесен в развитието на невродегенеративни заболявания.

12 се използва широко за предизвикване на тремор при гризачи, не е установено отрицателно въздействие върху допаминергичните PC12 клетки самостоятелно при концентрация от 50 µM, същото за неговия метаболит harmalol 13 [51]. Резултатът съвпада с две други проучвания, които не показват токсичност, наложена върху PC12 клетки само от 12 и 13 [52,53]. MPP plus е невротоксин за допаминергичните неврони, които са замесени в болестта на Паркинсон (PD). Ролята на 7 в потискането на ефектите на 1-метил-4- фенилпиридин (МРР плюс) се постига чрез потиснат митохондриален трансмембранен потенциал (ММР), освобождаване на цитохром с, активиране на каспаза-3, реактивни кислородни видове ( ROS) и нивата на GSH In Vitro [51–53]. Окислението на допамина инициира различни каскади за образуване на ендогенни невротоксини, които допринасят за невродегенерация [54,55]. В случая с 12 е доказано, че компенсира токсичните ефекти от окислението на допамин, наложено върху митохондриите на мозъка Ex Vivo. Това се дължи на антиоксидантните свойства на 12 чрез поддържане на активността на тиоредоксин редуктазата и инхибиране на тиолното окисление и следователно образуването на продукт от окисление на допамин [56]. В допълнение, 9 и 12 повишават антиоксидантните ензими като супероксид дисмутаза [57] и глутатион пероксидаза (GPx) In Vitro, докато в други проучвания те намаляват повишаването на ROS и тиолното окисление, което води до подобрен антиоксидантен защитен механизъм за постигане на невропротективен ефект [52,53,58,59].

В допълнение, 9 упражняват невропротективни ефекти чрез регулиране на нивата на протеина на глутаматния транспортер-1 (GLT-1) и GLT-1 и зависимо от глутамат транспортера на глутамат аспартат (GLAST) усвояване на глутамат в астроглиалните клетки и в кортикална тъкан на мишки SOD1G93A, трансгенен миши модел на амиотрофична латерална склероза [60]. Тези транспортери на глутамат поддържат ниската извънклетъчна концентрация на глутамат, който е възбуждащ невротрансмитер, при което натрупването му допринася за ексцитотоксичност [61]. Освен това, скорошен систематичен преглед показа, че 9 подобрява паметта и ученето и демонстрира невропротективни ефекти върху хипокампуса в предклинични експериментални модели [62]. Предполага се, че е участвал в регулирането на GLT-1, намаляването на ROS, повишаването на мозъчния невротрофичен фактор (BDNF) и е имал противовъзпалителни ефекти. В контекста на PD, 9 наскоро беше изследван за неговия ефект на разграждане върху -синуклеин In Vitro. Убиквитин-протеазомната система (UPS) е една от системите, които премахват -синуклеин чрез протеазомна протеолитична активност и беше показано, че 9 повишава протеолитичната активност чрез протеин киназа А (PKA) фосфорилиране и следователно подобрява UPS за -синуклеинов клирънс [63, 64].

13, метаболит на 9, беше включен в резултатите от споменатите по-рано проучвания като представляващо интерес съединение и беше установено, че 13 осигурява неврозащита чрез модулиране на оксидативния стрес, ММР и апоптоза In Vitro [51–53]. Тези открития показват намаляване на ROS и тиолното окисление, повишаване на нивата на GSH и намаляване на загубата на MMP [51–53,65]. Ефектът на 13 върху два от процесите, участващи в медиирането на клетъчната смърт, което е освобождаването на цитохром с и активирането на каспаза-3, също беше изследван и 13 намали и двата [51,66].

Изследванията върху защитните ефекти на бербериновия хлорид (21), който е изохинолинов алкалоид (Таблица 1), върху невродегенерацията набират популярност през последните години. В in vivo проучване, предварително третиране на 21 на 6-хидроксидопамин (6-OHDA)-стимулирана невротоксичност, която моделира PD при плъхове, значително намалява индуцираните от апоморфин ротации и загубата на оцветена с Nissl substantia nigra pars compacta ( SNpc) неврони и атенюира намаляването на имунореактивността на тирозин хидроксилазата в SNpc допаминергичните неврони [67]. Проучване In Vitro показа, че 21 проявява невропротективни свойства срещу медиирана от оксидативен стрес невродегенерация чрез активиране на Akt/GSK, Akt/GSK3 /Nrf-2 и PI3K/Akt/Nrf2 сигнални каскади, повишаване на p-CREB, стимулиране на NGF и Освобождаване на BDNF, намаляване на ядрената транслокация на NF-κB, потискане на TNF, COX-2, IL-1B, NF-κB и понижаване на каспаза-1, каспаза-3, Bax, Повишение на Bcl-2, циклин D1 и p53 [68]. Освен резултатите наравно с предишни проучвания, Deng и екипът съобщават за 21 намалено производство на ROS и обърната редукция на MMP In Vitro и предполагат 21 проявени невропротективни ефекти чрез активиране на пътя на PI3K/Akt при индуцирана от ротенон невротоксичност [69]. 21 също така е доказано, че защитава PC-12 клетки от оксидативно увреждане чрез PI3K/AKT/mTOR-медиирана митофагия [70]. Wallerian-подобната дегенерация (WLD) е аксонална дегенерация, простираща се от дисталния аксон до мястото на нараняване и възниква при невродегенеративни заболявания [71]. Интересно е, че 21 е установено, че е неконкурентен инхибитор на Sterile Alpha и Toll Interleukin Receptor Motif–съдържащ протеин 1 (SARM1), който е ключов медиатор за WLD, което води до процентно инхибиране от първичен екран от 70 процента [72] . Същото проучване допълнително тества неговата инхибираща активност върху SAM1-2TIR домейна на бактериални и Expi293 клетки, за да потвърди констатациите и получи IC50 стойности съответно от 110 ± 10 µM и 77 ± 5 µM. В допълнение, 21 повишава CYP2J2, протеин, за който е установено, че е защитен срещу модел на PD, чрез стимулиране на пероксизомен пролифератор-активиран рецептор алфа (PPAR-) In Vitro [73]. Проучване in vivo показа, че 21 предотвратява инхибирането на дехидратазата на аминолевулиновата киселина (δ-ALA-D) и предотвратява увреждането на пуринергичното предаване чрез отслабване на загубата на активност на NTPDase, ADP, 50 -нуклеотидаза и ADA при индуцирана от стрептозотоцин деменция, при която регулирането на това предаване играе роля в обработката на паметта [74,75]. Въпреки това, активността на δ-ALA-D в специфични невронни клетки изисква по-нататъшно изследване поради ограничените налични проучвания.

продавам цистанче

Стимулирането на активността на глиалните хемиканали повишава освобождаването на АТФ и глутамат, което впоследствие индуцира невронна смърт, докато Reticulon-3 (RTN3) се агрегира в мозъка на AD и улеснява развитието на дистрофични неврити [76,77]. Съобщава се, че Boldine (31), апорфинов алкалоид (Таблица 1), намалява активността на астроглиалните хемиканали, без да засяга комуникацията на междинните връзки, намалявайки освобождаването на АТФ и глутамат. Проучване in vivo показа, че 31 са защитени срещу невронален оксидативен стрес и невритни дистрофии, заобикалящи амилоид-бета (А) плаки, където по-малки и по-малко области на RTN3 имунореактивни дистрофични неврити (RIDNs) са наблюдавани при APP/PS1 мишки [78]. В друго проучване, 31 разграден H2O2, намалено желязо и EDTA-медиирано разграждане на дезоксирибоза и образуване на меланин чрез окисление на допамин, намалена загуба на ММР, повишаване на цитохром С, загуба на тиоредоксин редуктазна активност, инхибирано окисление на тиол, индуцирано от допамин и {{15} }OHDA и PC-12 загуба на жизнеспособност на клетките и активиране на каспаза-3, предизвикано от допамин [79].

Проучване in vivo показа, че деоксивазицин (15), който е -карболинов алкалоид (Таблица 1), предпазва невроните от увреждане, предизвикано от оксидативен стрес, при доза от 15 mg kg−1. Проучването показа, че количеството глутатион пероксидаза (GPx) е значително повишено чрез прилагане на 15, което впоследствие засилва антиоксидантния защитен механизъм в мозъка. В допълнение, 15 е в състояние да подобри оцеляването на нервите чрез повишаване на мозъчния невротрофичен фактор (BDNF) при 45 mg kg-1 [80].

3.2. Невровъзпаление

През годините са провеждани проучвания за изследване на патологията на невродегенеративните състояния и е установено, че невровъзпалението е един от основните механизми. Дефект във функцията на имунните клетки може да инициира възпаление в централната нервна система (ЦНС) и в крайна сметка да причини увреждане на нервите. По-специално, острото възпаление може да бъде полезно за мозъка. Обратно, хроничното възпаление може да увреди мозъка чрез насърчаване на хиперфосфорилирането на тау протеина и агрегацията на амилоид-бета (А). Тези механизми могат да бъдат активирани от провъзпалителни медиатори като интерлевкин 1 (IL-1) и интерлевкин 6 (IL-6). Тъй като възпалението е тясно свързано с патологията на невродегенеративните състояния като AD и PD, алкалоидите, които са в състояние да предотвратят невровъзпалението, може да са в състояние да облекчат невровъзпалението, както и да помогнат за управлението на състоянията [81–83].

9 и 12 бяха подчертани като способни да противодействат на невровъзпалението. Предполага се, че те са в състояние да намалят производството на възпалителни цитокини като тумор некрозис фактор-алфа (TNF-) и миелопероксидаза (MPO) и медиатори като азотен оксид (NO). По-специално, 7 и 12 показаха IC50 от 0.08 µM и 0,26 µM спрямо MPO, съответно, доказвайки техния потенциал да бъдат включени като средство за противодействие на невровъзпалението [58,59]. В допълнение, in vivo проучване предполага, че 9 значително подобрява когнитивните дефицити при химически предизвикани диабетни плъхове при 20 mg kg-1. Проучването предполага, че захарният диабет е тясно свързан с когнитивната дисфункция и двете са свързани с възпалението. Когато 9 се прилага на диабетни плъхове, активността на NLRP3 инфламазома се потиска, което води до увеличаване на експресията на мозъчен невротрофичен фактор (BDNF) и впоследствие подобрена когнитивна способност [84]. В допълнение, проучване in vivo съобщава, че 9 също е способен да премине кръвно-мозъчната бариера (BBB) ​​скоро след перорален прием [85].

Друг -карболин алкалоид 15 е в състояние да инхибира невровъзпалението по няколко пътя. Проучване in vivo доказа, че 15 е в състояние да увеличи количеството -GABA и да намали количеството глутамат в мозъка при концентрации 5 1, 15 и 45 mg kg−1. -GABA е жизненоважен невротрансмитер, който действа за инхибиране на невровъзпалението, инициирано от астроцити и микроглия, като възпрепятства освобождаването на TNF-. Освен това, производството на TNF-, който е цитокин, който насърчава възпалението, също беше значително понижено в зависим от концентрацията модел, когато се третира с 15 при концентрации от 5–45 mg kg-1 [80].

21 действа върху множество цели, за да подобри условията на AD. Един от механизмите на действие на 21 е да отслабва невровъзпалението [86]. Например, in vivo проучване съобщава за намаляване на провъзпалителните медиатори, включително COX-2, IL-12, IL-6, IL-1 и TNF- в резултат на прилагане на 21 в мозък на плъх с AD [87]. Освен това, in vivo проучване съобщава, че 21 възпрепятства експресията и фосфорилирането на p65 подчаст при 50 mg kg-1. p65 е подчаст на NF-кВ хетеродимера, който е жизненоважен за модулиране на производството на възпалителни протеини [88]. В допълнение, in vivo проучване също съобщава, че 21 е в състояние да противодейства на невровъзпалението чрез потискане на IL-6, TNF и p38 MAPK сигнални каскади [89].

3.3. Неврогенеза

Неврогенезата при възрастни е процес, който протича в субгрануларната зона (SGZ) и субвентрикуларната зона (SVZ) на хипокампуса, за да произвежда неврони през целия живот на човека. Дефект в неврогенезата при възрастни може потенциално да доведе до невродегенеративни състояния като болестта на Алцхаймер (AD), болестта на Паркинсон (PD) и болестта на Хънтингтън (HD) [90]. Например, in vivo проучване съобщава, че увреждането на неврогенезата при възрастни може да е започнало в ранния стадий на болестта на AD дори преди образуването на невротоксични неврофибриларни възли и А плаки [91,92].

Проучване In Vitro предполага, че 8, 9 и 12 успешно индуцират неврогенеза, когато се тестват върху прогениторни клетки, култивирани от SGZ и SVZ. Освен това, метаболизмът на 9 в човешкото тяло произвежда 8 като основен продукт. Тези -карболинови алкалоиди също са способни да индуцират специализация на невронни клетки и това е доказано чрез наличието на MAP-2 и Tuj-1 експресия. Проучването предполага, че потенциалът за неврогенеза на тези -карболинови алкалоиди се дължи на тяхната инхибиторна активност спрямо моноаминооксидазата [70] и DYRK1A [93].

Проучване In Vitro, изследващо потенциала за неврогенеза на апорфиновите алкалоиди (Таблица 1) върху PC-12 клетки, показва, че асимилобин (33) значително стимулира растежа на неврит в PC-12 клетки, но без очевиден ефект върху mRNA експресия, кодираща протеини, необходими за клетъчното делене и специализация. В допълнение, проучването съобщава също, че 33 е силно проникващ през кръвно-мозъчната бариера (BBB), което го прави потенциален кандидат за лекарство за лечение на невродегенеративни състояния [94].

3.4. Агрегация на амилоид бета

Амилоид бета (А) е продукт, получен в резултат на ензимно разграждане на амилоиден прекурсорен протеин (АРР) от -секретаза и -секретаза и се предполага, че А играе роля в развитието на AD. А е пептид, който се състои предимно от 40-42 аминокиселини и е податлив на агрегация за образуване на невротоксични А плаки. След като A плаките се натрупат в мозъка, ще се развият анормални синаптични и невронни дейности, причинявайки увреждане на мозъка и предизвиквайки симптоми като когнитивен дефицит и постепенна загуба на памет [95,96].

Следователно, предотвратяването на агрегацията на А може да помогне за забавяне на прогресията на AD. Освен антихолинестеразната активност, проявена от алкалоидите с растителен произход, някои от тях са способни да инхибират А агрегацията. Advice (19) и nizatidine (20) са изохинолинови алкалоиди (Таблица 1) и те притежават способността да инхибират олигомеризацията на A .

Проучване In Vitro съобщава, че 19 и 20 демонстрират умерено интензивно потискане към А агрегация, както се вижда от техните IC50 стойности от 5,56 и 1,89 µM спрямо А, съответно. Всъщност също така се предполага, че както 19, така и 20 притежават най-значимата инхибираща активност спрямо множество цели, участващи в невродегенеративни състояния, и имат сходни молекулни структури в сравнение с други изохинолинови алкалоиди, извлечени от Zanthoxylum rigidum. Поради това се насърчава да се изследва молекулярното скеле, свързано с тяхната многоцелева активност [24]. В допълнение, 21 е изследван в продължение на години и преглед съобщава, че възпрепятства сигналните каскади на ERK1/2 и митоген-активирана протеин киназа (MAPK), като впоследствие дезактивира -секретазата-1 (BACE-1) и намаляващо поколение [86]. Всъщност 21 се предлага на пазара като продукт без рецепта, който се консумира орално в Китай, тъй като проучвания, изследващи неговата ефикасност и безопасност след орална консумация, съобщават за приемливи резултати. Освен своята антихолинестеразна активност, която е сравнима с 1 и 21, също притежава способността да намалява агрегацията на А чрез намаляване на образуването на А. Проучване in vivo съобщава, че 21 е в състояние значително да инхибира активността на -секретазата в мозъка на AD, като впоследствие намалява образуването на А с до 40 процента и подобрява симптомите на AD. Освен потискащото действие спрямо -секретазата, друго in vivo проучване съобщава, че 21 засилва активността на А40, което понижава невротоксичния потенциал на А42 чрез модифициране на стабилността, морфологията и разтворимостта на А42, за да наруши агрегацията на А42 [87,97]. Това твърдение е допълнително подкрепено от in vivo проучване, което твърди, че 21 при концентрации от 50 и 100 mg/kg/ден е в състояние да регулира надолу частите Pen-2, Aph-1 и PS1 на -секретазата и -секретаза, като впоследствие потиска производството на A . Освен това е доказано, че 21 значително повишава активността на -секретазата при еднакви концентрации [98]. In Vitro проучване допълнително предполага, че 21 е в състояние да инхибира олигомеризацията на А и образуването на фибрили [99].

3.5. Тау хиперфосфорилиране

Тау протеинът (τ) играе жизненоважна роля в стабилизирането на невронните микротубули и следователно поддържа структурата на неврона и транспорта на хранителни вещества вътреклетъчно. Кинази, които включват регулирана с двойна специфичност тирозин фосфорилиране киназа 1A (DYRK1A), гликоген синтаза киназа-3 (GSK-3), Ca2 плюс /калмодулин активирана протеин киназа II и циклин-зависима киназа-5 (Cdk5) може да индуцира tau хиперфосфорилиране. Хиперфосфорилирането на тау протеин води до слепване на фосфорилираните тау протеини за образуване на неврофибриларни възли от сдвоени спираловидни тау нишки. Следователно, те вече не поддържат микротубулите в неврона, което в крайна сметка води до невронална апоптоза и следователно до невродегенерация [100].

9 е установено, че притежава инхибиторна активност спрямо DYRK1A, което от своя страна възпрепятства хиперфосфорилирането на тау протеина. Беше доказано чрез проучване In Vitro, че 9 е силен инхибитор на DYRK1A с IC50 от приблизително 80 nM. 9 дезактивира DYRK1A, като по този начин потиска тау фосфорилирането върху серин 396, впоследствие редуцира и трите вида фосфорилирани форми на тау протеин. Чрез намаляване на количеството фосфорилиран тау, harmine (9) запазва функцията на тау да поддържа микротубулите в неврона, предотвратявайки смъртта на невроните. Въпреки това се съобщава, че 9 може да бъде невротоксичен при концентрации над 8 µM поради прекомерно изчерпване на тау протеин [100].

Освен 9, 21 също е в състояние да възпрепятства хиперфосфорилирането на тау протеина. Въпреки че трябва да се проведат повече изследвания върху действителния механизъм на 21 за намаляване на тау хиперфосфорилирането, две изследвания In Vitro показват, че 21 е в състояние да предотврати хиперфосфорилирането на тау протеин, стимулирано от каликулин А при концентрации от 20 и 25 µg mL-1 чрез намаляване на активността на GSK-3 и регулиране на активността на протеин фосфатаза 2A. В допълнение, обръщането на тау фосфорилирането е индуцирано от 21 при Ser262 [86,101,102]. Проучване in vivo също съобщава, че антиоксидантните свойства на 21 могат да помогнат за инхибиране на свръхекспресията на тау протеин и хиперфосфорилирането на тау в мозъка на AD [87].

4. Физикохимичен анализ на алкалоидите

Фигура 5 показва анализа на физикохимичните свойства на алкалоидите, включени в този преглед. Молекулното тегло на повечето съединения е под 500 Da. Съединенията с по-високо молекулно тегло включват 44, 45 и ароматни алкалоиди (58–61). Само едно съединение нарушава правилото на Липински за даряване на водородна връзка, въртящи се връзки и топологична полярна повърхност (TPSA). Интересното е, че всички съединения, включени в този преглед, следват правилото на Липински за Log P и акцептор на водородна връзка (HBA). 32 съединения са класифицирани като силно разтворими, 15 съединения имат умерена разтворимост и 7 съединения имат ниска разтворимост.

5. Метод

Всички естествено извлечени алкалоиди, докладвани за тяхната холинестеразна инхибиторна активност в литературата между 2011–2020 г., бяха включени в това проучване. Синтетичните алкалоиди, алкалоидите, условно идентифицирани чрез газова хроматография-масспектрометрия (GC-MS) и течна хроматографско-масспектрометрия LCMS, докладвани за техния холинестеразен инхибитор, бяха изключени от това проучване. Фигура 1 показва, че 38 процента и 18,7 процента от инхибиторите на AChE и BuChE с IC50 по-малко или равно на 10 µM са включени в този преглед. В резултат на това 61 съединения с IC50 по-малко или равно на 10 µM с изключение на 1 и 2 бяха включени в текста и прегледа за потенциала за модифициране на заболяването, включително инхибитор на амилоид-бета, инхибитор на тау хиперфосфорилиране, невровъзпаление, неврогенеза и невропротективен ефекти. Бяха предвидени физикохимичните свойства на 59-те алкалоида (с изключение на галантамин и хуперзин А) (Instant JChem 17.10.0, 2020 ChemAxon Ltd.).

6. Изводи

Все повече доказателства показват значението на естествено получените алкалоиди като модулатори на невродегенеративни заболявания. Въпреки че алкалоидите са основният източник на инхибитори на AChE, се откриват значителен брой двойни инхибитори на холинестераза и инхибитори на BuChE. Интересно е да се отбележи, че няколко алкалоида, документирани в този преглед, защитават невроните срещу механизми, които са вредни, като невровъзпаление, оксидативен стрес, екситотоксичност, апоптоза, натрупване на A и тау фосфорилиране и могат да бъдат разработени за управление на болестите на Алцхаймер и Паркинсон. По-конкретно, 9 и 21 са потенциални модулатори в управлението на прогресията на тези заболявания. Въпреки това, дозировката на тези алкалоиди, които да се използват при невродегенеративни заболявания, остава неубедителна. Физикохимичният анализ разкри, че повечето алкалоиди следват правилата на Липински за вероятността от лекарството. Кръвно-мозъчната бариера е важен фактор, предпазващ проникването на съединенията в мозъка и изисква да й се обърне допълнително внимание. Разбираемо е, че неуспехите на естествено получените съединения, като ниския добив на екстракция, са спрели развитието на потенциални кандидати за терапевтични лидери. Необходимо е по-нататъшно развитие, за да се подобри тяхната полезност като жизнеспособни терапевтици.