Dabiski iegūtu alkaloīdu kā daudzmērķīgu terapeitisku līdzekļu potenciāls neirodeģeneratīvām slimībām

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

Abstract:Alkaloīdiir sekundāro metabolītu klase, ko var iegūt no augiem, sēnītēm un jūras sūkļiem. Tie ir plaši pazīstami kā nepārtraukts zāļu avots hronisku slimību, tostarp vēža, diabēta un neirodeģeneratīvu slimību, ārstēšanai. Piemēram, galantamīns un huperzīns A iralkaloīdsatvasinājumi, ko pašlaik izmanto neirodeģeneratīvas slimības simptomātiskai ārstēšanai. Neirodeģeneratīvo slimību etioloģija ir poligēna un daudzfaktorāla, tostarp, bet neaprobežojoties ar iekaisumu, oksidatīvo stresu un proteīnu agregāciju. Tāpēc uz dabīgiem produktiem balstīti alkaloīdi ar polifarmakoloģijas modulācijas īpašībām ir potenciāli noderīgi turpmākai zāļu izstrādei vai, mazākā mērā, kā uztura līdzekļi, lai pārvaldītu neirodeģenerāciju. Šī pārskata mērķis ir apspriest un apkopot jaunākos notikumus saistībā ar dabiski iegūtiem alkaloīdiem neirodeģeneratīvām slimībām.

Atslēgvārdi:alkaloīdi; daudzmērķa aģents; holīnesterāze; neiroprotektīvs; neiroiekaisums; neiroģenēze; amiloīds-beta; tau proteīns; līdzība narkotikām

NovērstAlcheimera slimībaslimība arcistanche

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

1 Biofunkcionālo molekulu izpētes grupa (BMEX), Farmācijas skola, Monašas Universitāte, Malaizija, Jalan Lagoon Selatan, Bandar Sunway 47500, Malaizija

2 Chemry Section, School of Distance Education, Universiti Sains Malaysia, Penang 11800, Malaizija

1. Ievads

Neirodeģeneratīvsslimībastiek klasificētas kā hronisku slimību grupa, kuras lielākoties ir neārstējamas un kurām raksturīgs progresējošs atmiņas zudums un/vai neironu šūnu nāve centrālajā nervu sistēmā. Daži piemēri ir Alcheimera slimība (AD) un Parkinsona slimība (PD), un šo slimību pārvaldības plāni ir tikai simptomātiska ārstēšana, kas neaptur slimības progresēšanu [1, 2]. Lielākā daļa šo slimību ir cieši saistītas ar vecumu. Katra neirodeģeneratīva slimība ir saistīta ar dažādām klīniskām izpausmēm, piemēram, kognitīvo disfunkciju un traucētu ikdienas darbību [3]. 2016. gadā aptuveni 43,8 miljoni cilvēku cieta no demences un 6,1 miljons cilvēku slimoja ar Parkinsona slimību, un to skaits ik gadu turpina pieaugt [4,5]. AD veido aptuveni 75 procentus no visiem demences gadījumiem, tāpēc to uzskata par visizplatītāko demences formu [6,7].

AD simptomi ietver atmiņas zudumu, un tas var progresēt līdz progresējošai stadijai, kas izpaužas kā uzbudinājums, apātija, agresija, halucinācijas, maldīgi uzskati un kognitīvās disfunkcijas; galu galā smagi AD pacienti mirst no pamata fizioloģisko funkciju zaudēšanas un infekciju komplikācijām [8–10]. AD ārstēšanas iespējas ir ierobežotas ar holīnesterāzes inhibitoriem, tostarp donepezilu, rivastigmīnu un galantamīnu, un N-metil-D-aspartāta receptoru (NMDA) antagonistu, ko sauc par memantīnu. Kamēr holīnesterāzes inhibitori kavē acetilholīna sadalīšanos, lai palielinātu holīnerģisko neironu aktivitāti centrālajā nervu sistēmā, memantīns kavē neirotoksicitāti, ko izraisa glutamāta pārpalikums [11]. PD raksturo kustību lēnums un vismaz viens no šādiem simptomiem, tostarp trīce miera stāvoklī, stājas nestabilitāte vai muskuļu stīvums. PD parasti ārstē ar zālēm, kas palielina dopamīnerģisko nervu aktivitāti, tostarp levodopu un dopamīna agonistus, kā arī ar zālēm, kas nomāc dopamīna metabolismu, tostarp katehola-O-metiltransferāzes (COMT) inhibitorus un monoamīnoksidāzes B (MAO-B) inhibitorus [12]. Abiem nosacījumiem nav zāļu, kas vai nu apturētu slimības progresēšanu, vai mainītu bojājumus. AD ir daudzfaktoru slimība, jo tās etioloģija ir saistīta ar beta amiloīda uzkrāšanos, tau proteīna hiperfosforilāciju, eksitotoksicitāti, oksidatīvo stresu un neiroiekaisumiem [7,13]. Lai gan PD ir saistīta ar intracelulāru agregātu saturošu proteīnu, piemēram, ubikvitīna un alfa-sinukleīna (-Syn), uzkrāšanos, kas veido Lūija ķermeņus, dopamīnerģisko neirodeģenerāciju substantia nigra pars compacta (SNpc) un neiroiekaisumu [12,14].

Cistanche herba var uzlabot atmiņu

Vēl viena līdzība starp AD un PD ir tā, ka abas slimības ir saistītas ar neiro iekaisumu. Neiroiekaisums, ko izraisa amiloid-beta plāksnes AD un alfa-sinukleīna agregāti PD, būtiski pasliktina attiecīgi holīnerģisko un dopamīnerģisko neironu zudumu [11, 14]. Tā kā pašreizējās ārstēšanas iespējas nodrošina tikai simptomātisku atvieglojumu, notiekošie pētījumi ir vērsti uz daudzmērķīgu neirodeģeneratīvo slimību terapijas iespēju noteikšanu. Dabiski produkti ir produktīvs terapeitisko rezultātu avots. Piemēram, dabiski iegūtialkaloīditostarp huperzīns A un galantamīns no ārstniecības augiem, ir atklāti un pētīti, lai noteiktu to potenciālu AD ārstēšanā [15]. Līdz šim paradigmas maiņa uz daudzmērķīgu modulācijas pieeju neirodeģeneratīvo slimību pārvaldībā atbilst izplatītajiem raksturīgajiem dabīgo produktu atvasinājumiem ar vairāku mērķu īpašībām. Šis pārskats sniedz jaunāko literatūru par alkaloīdu bāzes holīnesterāzes inhibitoriem un to in vivo efektivitāti dzīvnieku modeļos, izceļot to mehānismus ar neirodeģeneratīviem traucējumiem saistītos eksperimentālos modeļos, tostarp neiroprotekcijā, neiroiekaisumos, neiroģenēzē, tau patoloģijā un amiloidīta. beta uzkrāšanās. Viens no šķēršļiem zāļu izstrādē ietver zālēm līdzīgas īpašības. Tāpēc tiek veikta arī alkaloīdu bāzes savienojumu fizikāli ķīmisko īpašību analīze.

2. No dabīgiem produktiem iegūto alkaloīdu holīnesterāzes inhibējošais potenciāls

Acetylcholinesterase enzyme (AChE) is predominantly found in the cholinergic synapses while butyrylcholinesterase enzyme (BuChE) is a non-substrate-specific enzyme that can be found throughout the body including in glial cells. Low levels of AChE and high levels of BuChE have been reported as AD progress [16]. Acetylcholinesterase enzyme inhibitors (AChEi) including galanthamine (1) and donepezil are drugs that have been approved by the Food and Drug Agency (FDA) to manage AD. Archie is used to enhance acetylcholine (ACh), a neurotransmitter responsible for cognition at a homeostatic level in the brain [17–19]. Therefore, chemical compounds able to inhibit the AChE enzyme or both AChE and BuChE enzymes (dual inhibitor) are considered essential in the management of the progression of AD. In this review, all naturally occurring alkaloids are categorized by their inhibitory activities in IC50. By definition, IC50 is a measure of the potency that one chemical substance has to inhibit a specific biological or biochemical function [11]. The inhibition in three categories (IC50 ≤ 10 µM, 10–50 µM, and >50 µM) ir parādīts 1. attēlā.

Indola alkaloīdi ir viena no lielākajām neviendabīgo sekundāro metabolītu grupām, kas satur sešu locekļu aromātisku gredzenu, kas sakausēts ar piecu locekļu slāpekli saturošu pirola gredzenu [36]. Tika ziņots, ka Rescinnamīns (3) no Rauvolfifia refleksa darbojas kā dubultā holīnesterāzes inhibitors (IC50 AChE 11,01 µM; BuChE 8,06 µM) [20]. Monoterpēna indola alkaloīdi tiek atzīti par molekulām, kas satur monoterpenoīdu vienību, kas sakausēta ar indola daļu. Monoterpēna indola alkaloīdiem (4–6), kas izolēti no Nauclea Officinalis, piemīt selektīva BuChE inhibējoša aktivitāte. Ir pierādīts, ka Augustīns (4), nukleīns (5) un Augustīns (6) inhibē BuChE ar IC50 diapazonā no 1,03 līdz 7,70 µM. Kinētiskais pētījums parādīja, ka 4 bija jaukta režīma inhibitors ar Ki vērtību 6,12 µM [21].

-karbolīna alkaloīdi veido indola daļu, kas savienota ar piridīna C-3 un C-4 orto-pozīcijā [37]. Tika ziņots, ka desmit Peganum harmala karbolīna alkaloīdiem (7–16) piemīt holīnesterāzi inhibējoša iedarbība ar IC50 vērtībām.<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="">

2. attēlā redzams, ka kopumā 55 alkaloīdi tika identificēti kā AChEi, bet 24 alkaloīdi tika identificēti kā BuChEi. Būtībā tika pierādīts, ka 16 alkaloīdi inhibē abus enzīmus pie IC50 vērtībām, kas vienādas vai mazākas par 10 µM. 1. tabulā ir uzskaitīti no augiem izolētie bioaktīvie alkaloīdi, kā arī to holīnesterāzi inhibējošās aktivitātes, savukārt 3. un 4. attēlā parādītas alkaloīdu 1–61 ķīmiskās struktūras.

Izohinolīna alkaloīdi ir viena no dažādām alkaloīdu klasēm, kas iegūti no dabiskiem avotiem. Tie sastāv no izohinolīna vai tetrahidroizohinolīna gredzena kā pamata skeleta [38]. Ieteikums (19) bija visspēcīgākais duālās holīnesterāzes inhibitors ar IC50 vērtībām 0,15 un 0,88 µM gan AChE, gan BuChE. Ranitidīnam (20) bija vājāka inhibējošā aktivitāte gan pret AChE, gan BuChE nekā 19 ar IC50 vērtībām attiecīgi 0,65 µM un 5,73 µM [24]. Salīdzinot molekulārās struktūras, terciārais amīns atrodas 7. pozīcijā no 19 un 20 un ir atbildīgs par augsto saistīšanās afinitāti gan pret AChE, gan pret BuChE. Berberīna hlorīds (21) un 13-alkilberberīns (22) ir vēl divi izohinolīna alkaloīdi, kas iegūti no Coptis Chinensis sakneņiem un kuriem ir nedaudz atšķirīgas molekulārās struktūras no 19. un 20. Lai gan gan 21., gan 22. IC50 bija > 10 µM, BuChE. 21 uzrādīja spēcīgāku inhibējošo aktivitāti pret AChE ar IC50 1,1 µM nekā 22 ar IC50 5,6 µM [25]. Salīdzinot abu alkaloīdu molekulārās struktūras, redzams, ka metilgrupas klātbūtne 22. struktūras 13. pozīcijā ir atbildīga par samazinātu inhibējošo aktivitāti gan pret AChE, gan pret BuChE.

Aporfīna un proaporfīna alkaloīdi ir dabiski iegūti no izohinolīna. Parasti tie ir izplatīti Annonaceae, Lauraceae, Magnoliaceae un Menispermaceae ģimenēs [39]. Ekstraktu pārbaude no Stephania Epigaea [26], Illigera aromatic [40], Beilschmiedia sp. [27], Monimiaceae un Magnoliaceae [41] rezultātā tika izolēta virkne aporfīna un proaporfīna tipa alkaloīdu. Tostarp epinastīns B (23), dehidrodicentrīns (24), romīns (25), doktrīna (26), 2-hidroksi-9-metoksiaporfīns (27), laurotetanīns (28), liriodenīns (29), Tika ziņots, ka oreobeilīns (30), boldīns (31), sekoboldīns (32), asimilobīns (33), (S)-3-metoksinordomesticīns (34) un izoboldīns (35) uzrāda ievērojamas AChE inhibējošas aktivitātes [26, 27]. .

Likorīna tipa alkaloīdi, kas pazīstami arī kā Amaryllidaceae alkaloīdi, pieder lielai izohinolīna alkaloīdu grupai. Tos var atrast Amaryllidaceae dzimtas augos. Ir izolēti daudzi likorīna tipa alkaloīdi, galvenokārt koncentrēti sīpoliņos un lapās [42]. Likorīna tipa alkaloīdi, tostarp galantīns (36) un 1 no Zephyranthes carinata, uzrādīja AChE inhibējošu aktivitāti pret AChE [28].

Steroīdu alkaloīdi ir viena no svarīgākajām alkaloīdu klasēm, kas iegūti no augiem. Viņiem ir pamata steroīds mugurkauls ar slāpekļa atomu, kas atrodas gredzenā vai sānu ķēdē [43]. Tika ziņots, ka trim jauniem Holarrhena pubescens steroīdiem alkaloīdiem Mokluangins A–C (37–39) ir AChE inhibējoša aktivitāte diapazonā no 1,44 līdz 4,09 µM, un aizvietošana pie C-3 kalpo kā atslēga AChE modulācijā. inhibējošā aktivitāte [29]. Izosteroīdie alkaloīdi ir viens no reprezentatīviem steroīdu alkaloīdiem, kas pieder pie C-27 skeleta tipa [43]. Tika ziņots par septiņiem izosteroīdiem alkaloīdiem (40–46) no Fritillaria walujewii par to potenciālo holīnesterāzi inhibējošo darbību. Tortifoline (40), Walujewine C (41), Sinpeinine A (42), Walujewine A (46) un Walujewine E (44) inhibēja AChE ar IC50 vērtībām no 5,8 līdz 9,8 µM, savukārt visi savienojumi inhibēja. BuChE mazāks par 10 µM, izņemot 46. Var secināt, ka visi savienojumi ir duālie holīnesterāzes inhibitori, izņemot 43, 45 un 46 [30].

Pārdodu cistanche

Piroliminohinona alkaloīdus galvenokārt izolē no jūras organismiem. Svarīgi piroloiminohinona alkaloīdi ietver diskohabdīnus, prognozes, baziljonus, wakayins un Camarones [44]. Discorhabdins G (47) un B (48) no Antarktikas Latrunculia sp. sūkļi uzrādīja AChE inhibējošas aktivitātes ar IC50 vērtībām attiecīgi 1,3 un 5,7 µM [31]. Likopodija alkaloīdi ir interesanta alkaloīdu klase, kas parasti sastopama Lycopodiaceae augos. Tie sastāv no hinolizīna, piridīna un -piridona tipa alkaloīdiem [45]. Parasti likopodija alkaloīdi sastāv no C16 skeletiem un dažkārt tiem ir C32 skeleti, ja tie pastāv kā dimēri [46]. No izolētajiem likopodija alkaloīdiem huperzīns A (2) ir parādījies kā labi zināms AChE inhibitors AD ārstēšanā [45]. Squarrose A (49) un pirolhuperzīns A (50) tika izolēti kā jauni Lycopodium alkaloīdi no Huperzia squarrosa kopā ar zināmo 2 un 12-epilikodolīna N-oksīdu (51). Pamatojoties uz konstatējumiem, huperzīns A bija visspēcīgākais AChE inhibīcijai, kam sekoja 49, 50 un 51 [32]. Turpināšanas pētījumā par šo pašu augu H. squarrosa ieguva 52 kā jaunu likopodija alkaloīdu ar AChE inhibēšanas potenciālu [33].

Likodīna tipa alkaloīdi pieder likopodija alkaloīdu klasei. Parasti tie sastāv no četriem gredzeniem, ieskaitot vienu piridīna vai piridīna gredzenu. Ir zināms, ka likodīna tipa alkaloīdi uzrāda AChE inhibējošu aktivitāti [46]. Pētījumā, kas tika veikts ar likodīna tipa alkaloīdiem, tostarp Lycocasuarinine D (53), Lycocasuarinine A (54), N-demetilhuperzinīns (55) un huperzīns C (56) no Lycopodiastrum casuarinoides, tika ziņots par to holīnesterāzes inhibīcijas potenciālu. 50 un 51 uzrādīja AChE inhibīciju ar IC50 vērtībām 0,22 un 4,74 µM, savukārt 55 un 56 bija dubultā holīnesterāzes inhibitori [34].

Flavoalkaloīdi ir unikāla alkaloīdu apakšklase, kas sastāv no flavonoīdu pamata skeleta, kas sakausēts ar slāpekli saturošiem gredzeniem, piemēram, pirolidinonu, pirolidīnu, indolu, piperidīnu, piperidīnu un aminoglikozīdu [47]. Līdz šim ir ziņots par mazāk nekā 100 dabiski sastopamiem garšas keloīdiem, lai gan ir konstatēts, ka tiem ir plašs bioaktivitātes diapazons [35, 47]. Nesenā pētījumā no Camellia sinensis tika izolēti pieci jauni cinamoilēti garšas keloīdi. Savienojumi bija pazīstami kā 3-O-cinnamoilepicatechin (57), (−)-6-(5"' S)

N-etil-2-pirolidinons-3-O-kanēmoilepikatehīns (58), (-)-6-(5"'R)-N-etil-2-pirolidinons{{1{{ 30}}}} O-kanēmoilepikatehīns (59), (-)-8-(5"'S)-N-etil-2-pirolidinons-3-O-kanēmoilepikatehīns (60) un (- )-8-(5"'R)-N-etil-2-pirolidinons-3-O-cinnamoilepikatehīns (61). Visiem garšas keloīdiem bija nozīmīga AChE inhibējoša aktivitāte ar IC50 diapazonā no 0,126 līdz 1,040 µM Pētījumā atklājās, ka C-6 pozīcijai bija izšķiroša nozīme AChE inhibējošās aktivitātēs [35].

3. Alkaloīdu daudzmērķu modulācijas potenciāls neirodeģeneratīvās slimībās

Jau vairākus gadu desmitus pētnieki ir ļoti koncentrējušies uz tādu zāļu atklāšanu, kas potenciāli var mainīt neirodeģeneratīvo slimību progresēšanu, piemēram, atklājot sekretāzes inhibitorus, pamatojoties uz Alcheimera slimības amiloīda hipotēzi. Diemžēl neviens no kandidātiem nav uzrādījis daudzsološus rezultātus, kas uzlabotu slimības progresēšanu klīnisko pētījumu pēdējā fāzē. Holīnesterāzes inhibitori joprojām ir zāles slimības ārstēšanai, un turpmāki pētījumi tiek mudināti, lai izpētītu alkaloīdu potenciālu neirodeģeneratīvu stāvokļu ārstēšanā papildus to holīnesterāzes aktivitātei [48]. Neskatoties uz spēcīgām antiholīnesterāzes īpašībām, kas palīdz uzlabot kognitīvo funkciju, mēs esam veikuši 1. tabulā esošo alkaloīdu meklēšanu, kuriem ir potenciāli holīnesterāzi inhibējoša iedarbība, un apkopojuši vairākus pētījumus, kuros ziņots par šo alkaloīdu potenciālu iedarboties uz vairākiem citiem mērķiem. lai sniegtu pārskatu par šo savienojumu daudzmērķu modulācijas potenciālu. Tomēr nevar izslēgt, ka savienojumi ar mazāku holīnesterāzes inhibitoru iedarbību nav potenciāli noderīgi dažiem citiem neirodeģeneratīvo slimību mērķiem. Šajā sadaļā galvenā uzmanība pievērsta Alcheimera slimībai (AD) un Parkinsona slimībai (PD). To mehānismu kopums, uz kuriem šie alkaloīdi iedarbojas, ietver neiroprotekciju, neiroiekaisumu, neiroģenēzi, amiloīda-beta agregāciju (A ) un tau hiperfosforilāciju.

3.1. Neiroaizsardzība

Neiroprotekcija palēnina neironu zudumu un sekojošu neirodeģeneratīvu slimību progresēšanu, izmantojot dažādus ceļus, tostarp samazinot oksidatīvo stresu, mitohondriju disfunkciju, proteīnu agregāciju, iekaisumu, eksitotoksicitāti un šūnu apoptozi [49].

Vairāki pētījumi ir parādījuši, ka harmane (7), harmols (8), harmine (9), harmaline (12) un harmalols (13) pieder indola-karbolīna klasei (1. tabula), un tiem piemīt neiroprotektīvs potenciāls pret neironu bojājumiem. In vitro pētījums parādīja, ka 7 aizsargā pret H2O2-inducētu toksicitāti neiroblastomas šūnās, mazinot šūnu dzīvotspējas samazināšanos [50]. Šis modelis ir saistīts ar neironu ievainojumiem, ko izraisa oksidatīvais stress, kas ir saistīts ar neirodeģeneratīvo slimību attīstību.

12 plaši izmanto, lai izraisītu trīci grauzējiem, nav konstatēta negatīva ietekme tikai uz dopamīnerģiskajām PC12 šūnām 50 µM koncentrācijā, tāpat kā tā metabolītam harmalolam 13 [51]. Rezultāts sakrīt ar diviem citiem pētījumiem, kas neuzrādīja toksisku ietekmi uz PC12 šūnām tikai 12 un 13 [52,53]. MPP plus ir neirotoksīns dopamīnerģiskiem neironiem, kas ir saistīti ar Parkinsona slimību (PD). 7 loma 1-metil-4- fenilpiridīnija (MPP plus ) efektu nomākšanā tiek panākta ar nomāktu mitohondriju transmembrānas potenciālu (MMP), citohroma c izdalīšanos, kaspāzes-3 aktivāciju, reaktīvām skābekļa sugām ( ROS) un GSH līmeni In vitro [51–53]. Dopamīna oksidēšanās ierosina dažādas kaskādes, veidojot endogēnus neirotoksīnus, kas veicina neirodeģenerāciju [54,55]. 12 gadījumā tika pierādīts, ka tas kompensē dopamīna oksidācijas toksisko ietekmi, kas uzlikta smadzeņu mitohondrijiem Ex Vivo. Tas ir saistīts ar 12 antioksidatīvajām īpašībām, saglabājot tioredoksīna reduktāzes aktivitāti un kavējot tiola oksidāciju un tādējādi arī dopamīna oksidācijas produktu veidošanos [56]. Turklāt 9 un 12 pārregulēja antioksidantu enzīmus, piemēram, superoksīda dismutāzi [57] un glutationa peroksidāzi (GPx) in vitro, savukārt citos pētījumos tie samazināja ROS paaugstināšanos un tiola oksidāciju, tādējādi uzlabojot antioksidantu aizsardzības mehānismu, lai radītu neiroprotektīvu efektu. [52,53,58,59].

Turklāt 9 radīja neiroprotektīvu iedarbību, pārregulējot glutamāta transportētāja-1 (GLT-1) proteīna līmeni un GLT-1 un glutamāta aspartāta transportētāja (GLAST) atkarīgo glutamāta uzņemšanu astrogliālajās šūnās un šūnās. SOD1G93A peļu garozas audi, kas ir amiotrofiskās laterālās sklerozes transgēns peles modelis [60]. Šie glutamāta transportētāji uztur zemu ekstracelulāro glutamāta koncentrāciju, kas ir ierosinošs neirotransmiters, tādējādi tā uzkrāšanās veicina eksitotoksicitāti [61]. Turklāt nesen veikts sistemātisks pārskats parādīja, ka 9 uzlaboja atmiņu un mācīšanos un demonstrēja neiroprotektīvu ietekmi uz hipokampu preklīniskajos eksperimentālajos modeļos [62]. Tas bija saistīts ar GLT{11}} augšupregulāciju, ROS samazināšanos, smadzeņu radītā neirotrofiskā faktora (BDNF) paaugstināšanos, un tam bija pretiekaisuma iedarbība. PD kontekstā nesen tika pētīts 9, lai noteiktu tā noārdīšanās ietekmi uz -sinukleīnu In vitro. Ubikvitīna-proteasomu sistēma (UPS) ir viena no sistēmām, kas noņem sinukleīnu, izmantojot proteasomu proteolītisko aktivitāti, un tika pierādīts, ka 9 palielināja proteolītisko aktivitāti ar proteīna kināzes A (PKA) fosforilēšanu un tādējādi uzlaboja UPS sinukleīna klīrensam [63, 64].

13, metabolīts 9, tika iekļauts iepriekš minēto pētījumu rezultātos kā interesants savienojums, un tika konstatēts, ka 13 nodrošināja neiroaizsardzību, modulējot oksidatīvo stresu, MMP un apoptozi in vitro [51–53]. Šie atklājumi liecināja par ROS un tiola oksidācijas samazināšanos, GSH līmeņa paaugstināšanos un MMP zuduma samazināšanos [51–53,65]. Tika pētīta arī 13 ietekme uz diviem procesiem, kas saistīti ar šūnu nāvi, proti, citohroma c atbrīvošanu un kaspāzes -3 aktivāciju, un 13 samazināja abus [51,66].

Pēdējos gados arvien populārāki ir pētījumi par berberīna hlorīda (21), kas ir izohinolīna alkaloīds (1. tabula), aizsargājošo ietekmi uz neirodeģenerāciju. In vivo pētījumā 21 iepriekšēja apstrāde ar 6-hidroksidopamīna (6-OHDA) stimulētu neirotoksicitāti, kas modelē PD žurkām, ievērojami samazināja apomorfīna izraisītās rotācijas un ar Nissl iekrāsotās substantia nigra pars compacta zudumu. SNpc) neironiem un mazināja tirozīna hidroksilāzes imūnreaktivitātes samazināšanos SNpc dopamīnerģiskajos neironos [67]. In Vitro pētījums parādīja, ka 21 iedarbojas uz neiroprotektīvas īpašības pret oksidatīvā stresa izraisītu neirodeģenerāciju, aktivizējot Akt/GSK, Akt/GSK3 /Nrf-2 un PI3K/Akt/Nrf2 signālu kaskādes, palielinot p-CREB, stimulējot NGF un BDNF izdalīšanās, samazina NF-κB kodola translokāciju, nomāc TNF, COX-2, IL-1B, NF-κB un samazina kaspāzes-1, kaspāzes-3, Bax, Bcl-2 paaugstināšanās, ciklīns D1 un p53 [68]. Papildus rezultātiem, kas ir līdzīgi iepriekšējiem pētījumiem, Dengs un komanda ziņoja par 21 samazinātu ROS veidošanos un apgrieztu MMP samazināšanos in vitro, kā arī ierosināja 21 neiroprotektīvu iedarbību, aktivizējot PI3K/Akt ceļu rotenona izraisītas neirotoksicitātes gadījumā [69]. Tika arī pierādīts, ka 21 aizsargā PC-12 šūnas no oksidatīviem bojājumiem, izmantojot PI3K/AKT/mTOR mediētu mitofagiju [70]. Valleriānai līdzīga deģenerācija (WLD) ir aksonu deģenerācija, kas stiepjas no aksona distālā līdz traumas vietai un rodas neirodeģeneratīvās slimībās [71]. Interesanti, ka tika konstatēts, ka 21 ir nekonkurējošs sterilā alfa un toll interleikīna receptoru motīvu saturoša proteīna 1 (SARM1) inhibitors, kas ir galvenais WLD starpnieks, radot procentuālo inhibīciju no primārā ekrāna 70 procentu apmērā [72]. . Tajā pašā pētījumā tālāk tika pārbaudīta tā inhibējošā aktivitāte baktēriju un Expi293 šūnu SAM1-2TIR domēnā, lai apstiprinātu konstatējumus, un ieguva IC50 vērtības attiecīgi 110 ± 10 µM un 77 ± 5 µM. Turklāt 21 palielināja CYP2J2, proteīnu, kas, kā tika konstatēts, aizsargā pret PD modeli, stimulējot peroksisomu proliferatora aktivēto receptoru alfa (PPAR-) in vitro [73]. In vivo pētījums parādīja, ka 21 novērsa aminolevulīnskābes dehidrāzes (δ-ALA-D) inhibīciju un novērsa bojājumus purinerģiskajā transmisijā, mazinot NTPDāzes, ADP, 50 -nukleotidāzes un ADA aktivitātes zudumu streptozotocīna izraisītas demences gadījumā. šīs pārraides regulēšanai ir nozīme atmiņas apstrādē [74,75]. Tomēr δ-ALA-D aktivitāte specifiskās neironu šūnās prasa turpmāku izmeklēšanu, jo pieejamie pētījumi ir ierobežoti.

Pārdodu cistanche

Gliāla puskanāla aktivitātes stimulēšana pastiprina ATP un glutamāta izdalīšanos, kas pēc tam izraisa neironu nāvi, savukārt retikulons -3 (RTN3) agregējas AD smadzenēs un veicina distrofisku neirītu attīstību [76,77]. Tika ziņots, ka Boldīns (31), aporfīna alkaloīds (1. tabula), samazina astrogliālā puskanāla aktivitāti, neietekmējot spraugas savienojuma komunikāciju, samazinot ATP un glutamāta izdalīšanos. In vivo pētījums parādīja, ka 31 ir aizsargāts pret neironu oksidatīvo stresu un neirītiskām distrofijām, kas ieskauj amiloid-beta (A) plāksnes, kur APP/PS1 pelēm tika novēroti mazāki un mazāk RTN3 imūnreaktīvo distrofisko neirītu (RIDN) apgabali [78]. Citā pētījumā 31 sadalīja H2O2, samazināja dzelzs un EDTA izraisīto dezoksiribozes noārdīšanos un melanīna veidošanos dopamīna oksidācijas rezultātā, novājināja MMP zudumu, paaugstināja citohroma līmeni, zaudēja tioredoksīna reduktāzes aktivitāti, inhibēja tiola oksidāciju un inducēja dopamīna {{15}. }OHDA un PC-12 šūnu dzīvotspējas zudums un kaspāzes-3 aktivācija, ko izraisa dopamīns [79].

In vivo pētījums parādīja, ka dezoksivazīns (15), kas ir -karbolīna alkaloīds (1. tabula), pasargāja neironus no oksidatīvā stresa izraisītiem bojājumiem 15 mg kg-1 devā. Pētījums parādīja, ka glutationa peroksidāzes (GPx) daudzums tika ievērojami palielināts, ievadot 15, tādējādi uzlabojot antioksidantu aizsardzības mehānismu smadzenēs. Turklāt 15 spēja uzlabot nervu izdzīvošanu, paaugstinot smadzeņu izcelsmes neirotrofisko faktoru (BDNF) par 45 mg kg-1 [80].

3.2. Neiro iekaisums

Gadu gaitā ir veikti pētījumi, lai izpētītu neirodeģeneratīvo stāvokļu patoloģiju, un ir konstatēts, ka neiroinflammācija ir viens no pamatā esošajiem mehānismiem. Imūnās šūnu funkcijas defekts var izraisīt centrālās nervu sistēmas (CNS) iekaisumu un galu galā izraisīt nervu bojājumus. Jo īpaši akūts iekaisums var būt labvēlīgs smadzenēm. Un otrādi, hronisks iekaisums var kaitēt smadzenēm, veicinot tau proteīna hiperfosforilāciju un amiloīda-beta (A) agregāciju. Šos mehānismus var aktivizēt proinflammatoriskie mediatori, piemēram, interleikīns 1 (IL-1) un interleikīns 6 (IL-6). Tā kā iekaisums ir cieši saistīts ar neirodeģeneratīvo stāvokļu, piemēram, AD un PD, patoloģiju, alkaloīdi, kas spēj novērst neiroiekaisumu, var mazināt neiroiekaisumu, kā arī palīdzēt pārvaldīt apstākļus [81–83].

9 un 12 tika izcelti, lai tie varētu neitralizēt neiroiekaisumu. Tika ierosināts, ka tie spēj samazināt iekaisuma citokīnu, piemēram, audzēja nekrozes faktora alfa (TNF-) un mieloperoksidāzes (MPO), un mediatoru, piemēram, slāpekļa oksīda (NO), ražošanu. Konkrēti, 7. un 12. IC50 uzrādīja attiecīgi 0,08 µM un 0,26 µM attiecībā pret MPO, tādējādi pierādot to potenciālu iekļaut kā līdzekli, lai neitralizētu neiroiekaisumu [58, 59]. Turklāt in vivo pētījums liecināja, ka 9 būtiski uzlaboja kognitīvo deficītu ķīmiski inducētām diabēta žurkām ar 20 mg kg-1. Pētījumā tika ierosināts, ka cukura diabēts bija cieši saistīts ar kognitīvo disfunkciju un abi bija saistīti ar iekaisumu. Kad 9 tika ievadīts diabēta žurkām, NLRP3 iekaisuma aktivitāte tika nomākta, izraisot smadzeņu izcelsmes neirotrofiskā faktora (BDNF) ekspresijas palielināšanos un pēc tam uzlabojot kognitīvās spējas [84]. Turklāt in vivo pētījumā tika ziņots, ka 9 varēja arī šķērsot hematoencefālisko barjeru (BBB) ​​drīz pēc iekšķīgas lietošanas [85].

Cits karbolīna alkaloīds 15 spēja inhibēt neiroiekaisumu, izmantojot vairākus ceļus. In vivo pētījums pierādīja, ka 15 spēj palielināt -GABA daudzumu un samazināt glutamāta daudzumu smadzenēs koncentrācijās 5 1, 15 un 45 mg kg-1. -GABA ir vitāli svarīgs neirotransmiters, kas kavē astrocītu un mikrogliju izraisītu neiroiekaisumu, kavējot TNF- izdalīšanos. Turklāt TNF-, kas ir citokīns, kas veicina iekaisumu, ražošana tika arī ievērojami samazināta atkarībā no koncentrācijas, ja to apstrādāja ar 15 koncentrācijā 5–45 mg kg-1 [80].

21 iedarbojas uz vairākiem mērķiem, lai uzlabotu AD apstākļus. Viens no 21 darbības mehānismiem ir neiroinflammācijas mazināšana [86]. Piemēram, in vivo pētījumā tika ziņots par iekaisuma mediatoru, tostarp COX-2, IL-12, IL-6, IL-1 un TNF samazināšanos, ko izraisa 21 ievadīšana AD žurku smadzenēs [87]. Turklāt in vivo pētījums ziņoja, ka 21 kavē p65 apakšdaļas ekspresiju un fosforilāciju pie 50 mg kg-1. p65 ir NF-κB heterodimēra apakšdaļa, kas ir vitāli svarīga iekaisuma olbaltumvielu ražošanas modulēšanā [88]. Turklāt in vivo pētījumā tika ziņots, ka 21 spēja neitralizēt neiroiekaisumus, nomācot IL-6, TNF un p38 MAPK signālu kaskādes [89].

3.3. Neiroģenēze

Pieaugušo neiroģenēze ir process, kas notiek hipokampa subgranulārajā zonā (SGZ) un subventrikulārajā zonā (SVZ), lai cilvēka dzīves laikā radītu neironus. Pieaugušo neiroģenēzes defekts var izraisīt neirodeģeneratīvus stāvokļus, piemēram, Alcheimera slimību (AD), Parkinsona slimību (PD) un Hantingtona slimību (HD) [90]. Piemēram, in vivo pētījums ziņoja, ka pieaugušo neiroģenēzes traucējumi var būt sākušies agrīnā AD slimības stadijā pat pirms neirotoksisku neirofibrilāru samezglojuma un A plāksnīšu veidošanās [91,92].

In vitro pētījums liecina, ka 8, 9 un 12 veiksmīgi inducēja neiroģenēzi, pārbaudot ar cilmes šūnām, kas kultivētas no SGZ un SVZ. Turklāt 9 metabolisms cilvēka organismā radīja 8 kā galveno produktu. Šie karbolīna alkaloīdi arī spēja izraisīt neironu šūnu specializāciju, un to pierādīja MAP-2 un Tuj-1 ekspresija. Pētījumā tika ierosināts, ka šo karbolīna alkaloīdu neiroģenēzes potenciāls ir saistīts ar to inhibējošo aktivitāti pret monoamīnoksidāzi [70] un DYRK1A [93].

In Vitro pētījums, kurā tika pētīts aporfīna alkaloīdu neiroģenēzes potenciāls (1. tabula) uz PC-12 šūnām, parādīja, ka asimilobīns (33) būtiski stimulēja neirīta augšanu PC-12 šūnās, bet bez acīmredzamas ietekmes uz mRNS ekspresija, kas kodē olbaltumvielas, kas ir būtiskas šūnu dalīšanai un specializācijai. Turklāt pētījumā arī ziņots, ka 33 bija ļoti labi cauri hematoencefālisko barjeru (BBB), padarot to par potenciālu zāļu kandidātu neirodeģeneratīvo stāvokļu ārstēšanai [94].

3.4. Beta amiloīda agregācija

Beta amiloīds (A ) ir produkts, kas rodas amiloīda prekursoru proteīna (APP) enzīmu sadalīšanās rezultātā ar -sekretāzi un -sekretāzi, un tiek uzskatīts, ka A ir nozīmīga AD attīstībā. A ir peptīds, kas galvenokārt sastāv no 40–42 aminoskābēm un ir jutīgs pret agregāciju, veidojot neirotoksiskas A plāksnes. Tiklīdz smadzenēs uzkrājas A plāksnes, attīstīsies patoloģiskas sinaptiskās un neironu aktivitātes, izraisot smadzeņu bojājumus un radot tādus simptomus kā kognitīvie traucējumi un pakāpenisks atmiņas zudums [95,96].

Tāpēc A agregācijas novēršana var palīdzēt aizkavēt AD progresēšanu. Papildus antiholīnesterāzes aktivitātei, ko uzrāda augu izcelsmes alkaloīdi, daži no tiem spēj kavēt A agregāciju. Advice (19) un nizatidīns (20) ir izohinolīna alkaloīdi (1. tabula), un tiem piemīt spēja inhibēt A oligomerizāciju.

In vitro pētījums ziņoja, ka 19 un 20 demonstrēja mērenas intensitātes nomākšanu pret A agregāciju, kā redzams no to IC50 vērtībām attiecīgi 5,56 un 1,89 µM virzienā uz A . Faktiski tika arī ierosināts, ka gan 19, gan 20 bija visnozīmīgākā inhibīcija pret vairākiem mērķiem, kas iesaistīti neirodeģeneratīvos apstākļos, un tiem bija līdzīgas molekulārās struktūras, salīdzinot ar citiem izohinolīna alkaloīdiem, kas iegūti no Zanthoxylum rigidum. Tāpēc tiek mudināts izpētīt molekulārās pamatnes, kas saistītas ar to daudzmērķu darbību [24]. Turklāt 21 ir pētīts gadiem ilgi, un pārskatā ziņots, ka tas kavē ERK1/2 un mitogēnu aktivētās proteīnkināzes (MAPK) signālu kaskādes, tādējādi deaktivizējot -sekretāzi-1 (BACE-1) un samazinās A paaudze [86]. Faktiski 21 tiek tirgots kā bezrecepšu produkts, ko patērē iekšķīgi Ķīnā, jo pētījumi, kuros pētīta tā efektivitāte un drošība pēc iekšķīgas lietošanas, ziņoja par pieņemamiem rezultātiem. Papildus anti-holīnesterāzes aktivitātei, kas ir salīdzināma ar 1 un 21, tai bija arī spēja samazināt A agregāciju, samazinot A veidošanos. In vivo pētījumā tika ziņots, ka 21 spēja ievērojami inhibēt -sekretāzes aktivitāti AD smadzenēs, tādējādi samazinot A veidošanos līdz pat 40 procentiem un uzlabojot AD simptomus. Papildus nomācošajai iedarbībai pret -sekretāzi citā in vivo pētījumā tika ziņots, ka 21 pastiprināja A 40 aktivitāti, kas samazināja A 42 neirotoksisko potenciālu, mainot A 42 stabilitāti, morfoloģiju un šķīdību, lai pasliktinātu A 42 agregāciju [87, 97]. Šo apgalvojumu apstiprina arī in vivo pētījums, kurā tika apgalvots, ka 21 koncentrācijā 50 un 100 mg/kg/dienā spēj pazemināt -sekretāzes Pen{40}}, Aph-1 un PS1 daļas. un -sekretāze, tādējādi nomācot A veidošanos. Turklāt tika pierādīts, ka 21 ievērojami palielina -sekretāzes aktivitāti identiskās koncentrācijās [98]. In vitro pētījums arī liecināja, ka 21 spēja kavēt A oligomerizāciju un fibrilu veidošanos [99].

3.5. Tau Hiperfosforilēšana

Tau proteīnam (τ) ir būtiska loma neironu mikrotubulu stabilizācijā un tādējādi atbalstot neirona struktūru un barības vielu transportēšanu intracelulāri. Kināzes, kas ietver divējādas specifiskās tirozīna fosforilācijas regulēto kināzi 1A (DYRK1A), glikogēna sintāzes kināzi-3 (GSK-3), Ca2 plus /kalmodulīna aktivētu proteīna kināzi II un ciklīna atkarīgo kināzi-5 (Cdk5) var izraisīt tau hiperfosforilāciju. Tau proteīna hiperfosforilēšana noved pie fosforilēto tau proteīnu salipšanas, veidojot pārī savienotu tau spirālveida pavedienu neirofibrilārus mudžekļus. Līdz ar to tie vairs neatbalsta mikrotubulus neironā, galu galā izraisot neironu apoptozi un līdz ar to neirodeģenerāciju [100].

9 tika konstatēts, ka tam piemīt inhibējošas aktivitātes pret DYRK1A, kas savukārt kavē tau proteīna hiperfosforilāciju. In Vitro pētījumā tika pierādīts, ka 9 bija spēcīgs DYRK1A inhibitors ar IC50 aptuveni 80 nM. 9 deaktivizēja DYRK1A, tādējādi nomācot tau fosforilēšanos uz serīna 396, pēc tam samazinot visus trīs tau proteīna fosforilēto formu veidus. Samazinot fosforilētā tau daudzumu, harmine (9) saglabāja tau funkciju, lai atbalstītu mikrotubulas neironā, novēršot neironu nāvi. Tomēr tika ziņots, ka 9 var būt neirotoksisks koncentrācijās, kas pārsniedz 8 µM pārmērīgas tau proteīna samazināšanās dēļ [100].

Papildus 9, 21 spēja arī kavēt tau proteīna hiperfosforilāciju. Lai gan ir jāveic vairāk pētījumu par faktisko 21 mehānismu, lai samazinātu tau hiperfosforilāciju, divi In Vitro pētījumi ir parādījuši, ka 21 spēj novērst tau proteīna hiperfosforilāciju, ko stimulē kalikulīns A koncentrācijās 20 un 25 µg ml-1. samazinot GSK-3 aktivitāti un pārregulējot proteīna fosfatāzes 2A aktivitāti. Turklāt tau fosforilācijas maiņu izraisīja 21 pie Ser262 [86, 101, 102]. In vivo pētījumā arī ziņots, ka 21 antioksidanta īpašības var palīdzēt inhibēt tau proteīna pārmērīgu ekspresiju un tau hiperfosforilāciju AD smadzenēs [87].

4. Alkaloīdu fizikāli ķīmiskā analīze

5. attēlā parādīta šajā pārskatā iekļauto alkaloīdu fizikāli ķīmisko īpašību analīze. Lielākajai daļai savienojumu molekulmasa bija mazāka par 500 Da. Augstākas molekulmasas savienojumi ietvēra 44, 45 un garšas alkaloīdus (58–61). Tikai viens savienojums pārkāpj Lipinska noteikumu par ūdeņraža saites ziedošanu, rotējamām saitēm un topoloģisko polāro virsmu (TPSA). Interesanti, ka visi šajā pārskatā iekļautie savienojumi ievēroja Lipinska likumu par Log P un ūdeņraža saites akceptoru (HBA). 32 savienojumi tika klasificēti kā labi šķīstoši, 15 savienojumiem bija mērena šķīdība un 7 savienojumiem bija zema šķīdība.

5. Metode

Šajā pētījumā tika iekļauti visi dabiski iegūtie alkaloīdi, par kuriem literatūrā ziņots par to holīnesterāzi inhibējošo aktivitāti laikā no 2011. līdz 2020. gadam. Šajā pētījumā tika izslēgti sintētiskie alkaloīdi, alkaloīdi, kas provizoriski identificēti ar gāzu hromatogrāfijas-masas spektrometriju (GC-MS) un šķidruma hromatogrāfijas-masas spektrometriju LCMS, par kuriem ziņots, ka tie inhibē holīnesterāzi. 1. attēlā parādīts, ka šajā pārskatā tika iekļauti 38 procenti un 18,7 procenti AChE un BuChE inhibitoru ar IC50, kas ir mazāks vai vienāds ar 10 µM. Rezultātā tekstā un pārskatā tika iekļauts 61 savienojums ar IC50, kas ir mazāks vai vienāds ar 10 µM, izņemot 1 un 2, lai noskaidrotu slimības modificēšanas potenciālu, tostarp amiloīda beta inhibitoru, tau hiperfosforilācijas inhibitoru, neiroiekaisumu, neiroģenēzi un neiroprotektīvu. efekti. Tika prognozētas 59 alkaloīdu (izņemot galantamīnu un huperzīnu A) fizikāli ķīmiskās īpašības (Instant JChem 17.10.0, 2020 ChemAxon Ltd.).

6. Secinājumi

Arvien vairāk pierādījumu liecina, cik svarīgi ir dabiski iegūti alkaloīdi kā neirodeģeneratīvu slimību modulatori. Lai gan alkaloīdi ir galvenais AChE inhibitoru avots, tiek atklāts ievērojams skaits dubulto holīnesterāzes inhibitoru un BuChE inhibitoru. Interesanti atzīmēt, ka vairāki šajā pārskatā dokumentētie alkaloīdi aizsargā neironus pret kaitīgiem mehānismiem, piemēram, neiroiekaisumu, oksidatīvo stresu, eksitotoksicitāti, apoptozi, A uzkrāšanos un tau fosforilāciju, un tos varētu izstrādāt Alcheimera un Parkinsona slimību ārstēšanai. Konkrēti, 9 un 21 ir potenciālie modulatori šo slimību progresēšanas pārvaldībā. Tomēr šo alkaloīdu deva, ko izmantot neirodeģeneratīvās slimībās, joprojām nebija pārliecinoša. Fizikāli ķīmiskā analīze atklāja, ka lielākā daļa alkaloīdu ievēro Lipinska noteikumus par zāļu iespējamību. Asins-smadzeņu barjera ir svarīgs faktors, kas nodrošina savienojumu iekļūšanu smadzenēs, un tam jāpievērš papildu uzmanība. Saprotams, ka dabiski iegūto savienojumu neveiksmes, piemēram, zemā ekstrakcijas raža, ir apturējušas potenciālo kandidātu attīstību terapeitiskos virzienos. Ir nepieciešama turpmāka attīstība, lai uzlabotu to kā dzīvotspējīgu ārstniecības līdzekļu lietderību.