Potenciál přirozeně odvozených alkaloidů jako víceúčelových terapeutických činidel pro neurodegenerativní onemocnění

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

Abstraktní:Alkaloidyjsou třídou sekundárních metabolitů, které lze získat z rostlin, hub a mořských hub. Jsou široce známé jako nepřetržitý zdroj léků pro léčbu chronických onemocnění včetně rakoviny, cukrovky a neurodegenerativních onemocnění. Například galanthamin a huperzin A jsoualkaloidderiváty, které se v současnosti používají pro symptomatickou léčbu neurodegenerativních onemocnění. Etiologie neurodegenerativních onemocnění je polygenní a multifaktoriální, včetně, ale bez omezení na ně, zánětu, oxidačního stresu a agregace proteinů. Proto jsou alkaloidy na bázi přírodních produktů s polyfarmakologickými modulačními vlastnostmi potenciálně užitečné pro další vývoj léčiv nebo v menší míře jako nutraceutika pro zvládnutí neurodegenerace. Tento přehled si klade za cíl diskutovat a shrnout nejnovější vývoj v oblasti přirozeně odvozených alkaloidů pro neurodegenerativní onemocnění.

klíčová slova:alkaloidy; multi-cílený agent; cholinesteráza; neuroprotektivní; neurozánět; neurogeneze; amyloid-beta; tau protein; drogová podobnost

ZabránitAlzheimerova chorobanemoc 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 Malajsie, Jalan Lagoon Selatan, Bandar Sunway 47500, Malajsie

2 Chemická sekce, Škola distančního vzdělávání, Universiti Sains Malaysia, Penang 11800, Malajsie

1. Úvod

Neurodegenerativnínemocíjsou klasifikovány jako skupina chronických onemocnění, která jsou většinou neléčitelná a jsou charakterizována progresivní ztrátou paměti a/nebo smrtí neuronových buněk v centrálním nervovém systému. Některé příklady zahrnují Alzheimerovu chorobu (AD) a Parkinsonovu chorobu (PD) a plány léčby těchto onemocnění jsou pouze symptomatickou léčbou, která nezastaví progresi onemocnění [1,2]. Většina těchto onemocnění úzce souvisí s věkem. Každé neurodegenerativní onemocnění je spojeno s různými klinickými projevy, jako je kognitivní dysfunkce a zhoršené každodenní fungování [3]. V roce 2016 trpělo asi 43,8 milionu lidí demencí a 6,1 milionu lidí trpělo Parkinsonovou chorobou a tato čísla se každoročně zvyšují [4,5]. AD představuje přibližně 75 procent všech případů demence, proto je považována za nejčastější formu demence [6,7].

Mezi symptomy AD patří ztráta paměti a může postoupit do pokročilého stadia, které se projevuje jako agitovanost, apatie, agrese, halucinace, falešné přesvědčení a kognitivní dysfunkce; nakonec pacienti s těžkou AD umírají na ztrátu základních fyziologických funkcí a komplikace z infekcí [8–10]. Možnosti léčby AD jsou omezeny na inhibitory cholinesterázy včetně donepezilu, rivastigminu a galanthaminu a antagonisty N-methyl-D-aspartátového receptoru (NMDA) jménem memantin. Zatímco inhibitory cholinesterázy inhibují rozklad acetylcholinu za účelem zvýšení cholinergní neuronální aktivity v centrálním nervovém systému, memantin brání neurotoxicitě vyvolané nadbytkem glutamátu [11]. PD je charakterizována přítomností pomalosti pohybu a alespoň jedním z následujících příznaků včetně klidového třesu, posturální nestability nebo svalové rigidity. PD je obecně léčena léky, které zvyšují dopaminergní nervovou aktivitu včetně levodopy a agonistů dopaminu, stejně jako léky, které potlačují metabolismus dopaminu, včetně inhibitorů katechol-O-methyltransferázy (COMT) a inhibitorů monoaminooxidázy B (MAO-B) [12]. Oba stavy nemají žádný lék, který by buď zastavil progresi onemocnění, nebo zvrátil poškození. AD je multifaktoriální onemocnění, protože jeho etiologie je spojena s akumulací amyloidu-beta, hyperfosforylací tau proteinu, excitotoxicitou, oxidačním stresem a neurozánětem [7,13]. Zatímco PD je spojena s nahromaděním proteinů obsahujících intracelulární agregáty, jako je ubikvitin a alfa-synuklein (-Syn), které tvoří Lewyho tělíska, dopaminergní neurodegenerace v substantia nigra pars compacta (SNpc) a neurozánět [12,14].

Cistanche herba může zlepšit paměť

Další podobnost mezi AD a PD spočívá v tom, že obě onemocnění souvisejí s neurozánětem. Neurozánět indukovaný plaky amyloid-beta u AD a agregáty alfa-synukleinu u PD podstatně zhoršuje ztrátu cholinergních a dopaminergních neuronů [11,14]. Vzhledem k tomu, že současné možnosti léčby poskytují pouze symptomatickou úlevu, pokračující výzkum se zaměřuje na identifikaci víceúčelových terapeutických možností pro neurodegenerativní onemocnění. Přírodní produkty jsou vydatným zdrojem terapeutických vodítek. Například přirozeně odvozenéalkaloidyvčetně huperzinu A a galanthaminu z léčivých rostlin byly objeveny a prozkoumány jejich potenciál při léčbě AD [15]. K dnešnímu dni je posun paradigmatu směrem k více-cílenému modulačnímu přístupu v managementu neurodegenerativních onemocnění v souladu s převládajícími charakteristickými deriváty přírodních produktů s více-cílovými vlastnostmi. Tento přehled poskytuje aktuální informace o nedávné literatuře o inhibitorech cholinesterázy na bázi alkaloidů a jejich účinnosti in vivo na zvířecích modelech, přičemž zdůrazňuje jejich mechanismy v experimentálních modelech souvisejících s neurodegenerativní poruchou, včetně neuroprotekce, neurozánětu, neurogeneze, patologie tau a amyloidů. beta akumulace. Jednou z překážek ve vývoji léků jsou vlastnosti podobné léku. Proto je také provedena analýza fyzikálně-chemických vlastností sloučenin na bázi alkaloidů.

2. Potenciál inhibice cholinesterázy alkaloidů odvozených z přírodních produktů

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 uveden na obrázku 1.

Indolové alkaloidy patří mezi největší skupinu heterogenních sekundárních metabolitů, které obsahují šestičlenný aromatický kruh fúzovaný s pětičlenným pyrrolovým kruhem obsahujícím dusík [36]. Rescinnamin (3) z Rauvolfifia reflexu se chová jako duální inhibitor cholinesterázy (IC50 AChE 11,01 uM; BuChE 8,06 uM) [20]. Monoterpenové indolové alkaloidy jsou rozpoznávány jako molekuly obsahující monoterpenoidní jednotku fúzovanou s indolovou skupinou. Monoterpenindolové alkaloidy (4–6) izolované z Nauclea Officinalis mají selektivní inhibiční aktivitu proti BuChE. Bylo prokázáno, že Augustin (4), nuklein (5) a Augustin (6) inhibují BuChE s IC50 v rozmezí 1,03 až 7,70 uM. Kinetická studie ukázala, že 4 byl smíšeným inhibitorem s hodnotou Ki 6,12 µM [21].

-karbolinové alkaloidy tvoří indolovou část fúzovanou k C-3 a C{2}} pyridinu v jeho ortho-poloze [37]. Deset-karbolinové alkaloidy (7–16) Peganum harmala byly hlášeny jako inhibiční účinky na cholinesterázu 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="">

Obrázek 2 ukazuje, že celkem 55 alkaloidů bylo identifikováno jako AChEi, zatímco 24 alkaloidů bylo identifikováno jako BuChEi. V podstatě bylo ukázáno, že 16 alkaloidů inhibuje oba enzymy při hodnotách IC50 rovných nebo nižších než 10 uM. Tabulka 1 uvádí seznam bioaktivních alkaloidů izolovaných z rostlin spolu s jejich inhibičními aktivitami vůči cholinesteráze, zatímco obrázky 3 a 4 ukazují chemické struktury alkaloidů 1–61.

Isochinolinové alkaloidy patří mezi různé třídy alkaloidů získaných z přírodních zdrojů. Skládají se z isochinolinového nebo tetrahydroisochinolinového kruhu jako základního skeletu [38]. Advice (19) byl nejúčinnějším duálním inhibitorem cholinesterázy s hodnotami IC50 0,15 a 0,88 µM pro AChE i BuChE. Ranitidin (20) měl slabší inhibiční aktivitu vůči AChE i BuChE než 19 s hodnotami IC50 0,65 uM a 5,73 uM [24]. Při srovnání molekulárních struktur je terciární amin přítomen v pozicích 7 z 19 a 20 a je zodpovědný za vysokou vazebnou afinitu k AChE i BuChE. Berberin chlorid (21) a 13-alkylberberin (22) jsou další dva isochinolinové alkaloidy odvozené z oddenků Coptis Chinensis, které mají mírně odlišné molekulární struktury od 19 a 20. Ačkoli oba 21 a 22 měly IC50 > 10 µM směrem k BuChE, 21 vykazoval silnější inhibiční aktivitu vůči AChE s IC50 1,1 uM než 22 s IC50 5,6 uM [25]. Porovnáním molekulárních struktur obou alkaloidů je vidět, že přítomnost methylové skupiny v poloze 13 ve struktuře 22 je zodpovědná za sníženou inhibiční aktivitu vůči AChE i BuChE.

Aporfinové a proaporfinové alkaloidy jsou přirozeně odvozeny od isochinolinu. Obecně jsou distribuovány do čeledí Annonaceae, Lauraceae, Magnoliaceae a Menispermaceae [39]. Zkoumání extraktů z Stephania Epigaea [26], Illigera aromatická [40], Beilschmiedia sp. [27], Monimiaceae a Magnoliaceae [41] vedly k izolaci řady alkaloidů aporfinového a proaporfinového typu. Mezi nimi epinastin B (23), dehydrodicentrin (24), římský (25), doktrína (26), 2-hydroxy-9-methoxyaporfin (27), laurotetanin (28), liriodenin (29), oreobeilin (30), boldin (31), secoboldin (32), asimilobin (33), (S)-3-methoxynordomesticin (34) a isoboldin (35) vykazují významné inhibiční aktivity vůči AChE [26,27] .

Alkaloidy lykorinového typu, známé také jako alkaloidy Amaryllidaceae, patří do velké skupiny isochinolinových alkaloidů. Lze je nalézt v rostlinách čeledi Amaryllidaceae. Bylo izolováno mnoho alkaloidů lykorinového typu, většinou koncentrovaných v cibulích a listech [42]. Alkaloidy lykorinového typu včetně galantinu (36) a 1 ze Zephyranthes carinata vykazovaly AChE inhibiční aktivitu proti AChE [28].

Steroidní alkaloidy jsou jednou z důležitých tříd alkaloidů pocházejících z rostlin. Mají základní steroidní hlavní řetězec s atomem dusíku přítomným v kruhu nebo postranním řetězci [43]. U tří nových steroidních alkaloidů Mokluangins A–C (37–39) z Holarrhena pubescens bylo hlášeno, že mají inhibiční aktivitu vůči AChE v rozmezí 1,44 až 4,09 µM, přičemž substituce na C-3 slouží jako klíč k modulaci AChE inhibiční aktivita [29]. Izosteroidní alkaloidy jsou jedním z reprezentativních steroidních alkaloidů typu C-27 skeletu [43]. U sedmi izosteroidních alkaloidů (40–46) z Fritillaria walujewii byly hlášeny jejich potenciální inhibiční účinky na cholinesterázu. Ukázalo se, že tortifolin (40), Walujewine C (41), Sinpeinin A (42), Walujewine A (46) a Walujewine E (44) inhibují AChE s hodnotami IC50 5,8 až 9,8 µM, zatímco u všech sloučenin bylo prokázáno, že inhibují BuChE méně než 10 uM kromě 46. Lze odvodit, že všechny sloučeniny jsou duálními inhibitory cholinesterázy kromě 43, 45 a 46 [30].

cistanche na prodej

Pyrroloiminochinonové alkaloidy se izolují hlavně z mořských organismů. Mezi důležité pyrroloiminochinonové alkaloidy patří discorhabdiny, prognóza, bazilliony, wakayiny a Camarony [44]. Discorhabdins G (47) a B (48) z Antarctic Latrunculia sp. houby vykazovaly AChE inhibiční aktivity s hodnotami IC50 1,3 a 5,7 uM [31]. Lycopodium alkaloidy jsou zajímavou třídou alkaloidů, běžně se vyskytujících v rostlinách Lycopodiaceae. Skládají se z alkaloidů chinolizinového, pyridinového a -pyridonového typu [45]. Lycopodium alkaloidy se obecně skládají z skeletů C16 a příležitostně mají skelety C32, pokud existují jako dimery [46]. Mezi izolovanými lycopodium alkaloidy se jako známý inhibitor AChE v léčbě AD objevil huperzin A (2) [45]. Squarrose A (49) a pyrrolhuperzin A (50) byly izolovány jako nové alkaloidy Lycopodium z Huperzia squarrosa spolu se známým 2 a 12-epilycodolin N-oxidem (51). Na základě zjištění byl huperzin A nejúčinnější pro inhibici AChE, následovaný 49, 50 a 51 [32]. V pokračovací studii na téže rostlině poskytla H. squarrosa 52 jako nový lycopodium alkaloid s AChE inhibičním potenciálem [33].

Alkaloidy lykodinového typu patří do třídy alkaloidů lycopodium. Obecně se skládají ze čtyř kruhů, včetně jednoho pyridinového nebo pyridinového kruhu. Je známo, že alkaloidy lykodinového typu vykazují inhibiční aktivitu vůči AChE [46]. Ve studii provedené na alkaloidech lykodinového typu včetně Lycocasuarininu D (53), Lycocasuarininu A (54), N-demethylhuperzininu (55) a huperzinu C (56) z Lycopodiastrum casuarinoides, byly hlášeny pro jejich potenciál inhibovat cholinesterázu. 50 a 51 vykazovaly inhibici AChE s hodnotami IC50 0,22 a 4,74 µM, zatímco 55 a 56 byly duální inhibitory cholinesterázy [34].

Flavoalkaloidy jsou jedinečnou podtřídou alkaloidů sestávající ze základního skeletu flavonoidů fúzovaných s kruhy obsahujícími dusík, jako je pyrrolidinon, pyrrolidin, indol, piperidin, piperidin a aminoglykosid [47]. K dnešnímu dni bylo hlášeno méně než 100 přirozeně se vyskytujících chuťových keloidů, i když bylo zjištěno, že vykazují širokou škálu biologických aktivit [35,47]. V nedávné studii bylo z Camellia sinensis izolováno pět nových cinnamoylovaných aromatických keloidů. Sloučeniny byly známé jako 3-O-cinnamoylepicatechin (57), (−)-6-(5"' S)

N-ethyl-2-pyrrolidinon-3-O-cinnamoylepikatechin (58), (−)-6-(5"'R)-N-ethyl-2-pyrrolidinon{{1{{ 30}}}} O-cinnamoylepikatechin (59), (-)-8-(5"'S)-N-ethyl-2-pyrrolidinon-3-O-cinnamoylepikatechin (60) a (- )-8-(5"'R)-N-ethyl-2-pyrrolidinon-3-O-cinnamoylepikatechin (61). Všechny aromatické keloidy vykazovaly významnou inhibiční aktivitu vůči AChE s IC50 v rozmezí od 0,126 do 1,040 µM Studie odhalila, že poloha C-6 byla klíčová v inhibičních aktivitách AChE [35].

3. Vícecílový modulační potenciál alkaloidů u neurodegenerativních onemocnění

Po desetiletí se výzkumníci intenzivně zaměřovali na objevování léků, které mohou potenciálně modifikovat progresi neurodegenerativních onemocnění, například objev inhibitorů sekretázy založený na amyloidní hypotéze pro Alzheimerovu chorobu. Bohužel žádný z kandidátů neprokázal slibné výsledky zlepšující progresi onemocnění v závěrečné fázi klinických studií. Inhibitory cholinesterázy zůstaly léky pro zvládání onemocnění a další studie jsou vyzývány k prozkoumání potenciálu alkaloidů pro zvládání neurodegenerativních stavů kromě jejich cholinesterázové aktivity [48]. Navzdory tomu, že mají silné anticholinesterázové vlastnosti, které pomáhají zlepšit kognitivní funkce, provedli jsme průzkum alkaloidů v tabulce 1, které mají potenciální inhibiční účinky na cholinesterázu, a sestavili několik studií, které uvedly potenciál těchto alkaloidů působit na mnoho dalších cílů, poskytnout přehled vícecílového modulačního potenciálu těchto sloučenin. Nelze však vyloučit, že sloučeniny s nižší inhibiční aktivitou cholinesterázy nejsou potenciálně užitečné pro některé další cíle u neurodegenerativních onemocnění. Tato část se zaměřuje především na Alzheimerovu chorobu (AD) a Parkinsonovu chorobu (PD). Soubor mechanismů, na které tyto alkaloidy působí, zahrnuje neuroprotekci, neurozánět, neurogenezi, agregaci amyloidu-beta (A) a hyperfosforylaci tau.

3.1. Neuroprotekce

Neuroprotekce zpomaluje ztrátu neuronů a následnou progresi neurodegenerativních onemocnění prostřednictvím různých cest, včetně snížení oxidačního stresu, mitochondriální dysfunkce, agregace proteinů, zánětu, excitotoxicity a buněčné apoptózy [49].

Několik studií ukázalo, že harman (7), harmol (8), harmin (9), harmalin (12) a harmalol (13) patří do třídy indol-karbolinů (tabulka 1), vykazují neuroprotektivní potenciál proti poškození neuronů. Studie in vitro ukázala, že 7 chrání před toxicitou vyvolanou H2O2- v buňkách neuroblastomu tím, že zmírňuje sníženou životaschopnost buněk [50]. Tento model je spojen s neuronálními poraněními způsobenými oxidačním stresem, který se podílí na rozvoji neurodegenerativních onemocnění.

12 se široce používá k vyvolání třesu u hlodavců, nebyl zjištěn žádný negativní dopad na samotné dopaminergní buňky PC12 v koncentraci 50 µM, stejně jako u jeho metabolitu harmalol 13 [51]. Výsledek se shoduje se dvěma dalšími studiemi, které neprokázaly žádnou toxicitu způsobenou buňkám PC12 samotnými 12 a 13 [52,53]. MPP plus je neurotoxin pro dopaminergní neurony, které se podílejí na Parkinsonově nemoci (PD). Role 7 při potlačování účinků 1-methyl-4- fenylpyridinia (MPP plus ) je dosaženo potlačením mitochondriálního transmembránového potenciálu (MMP), uvolňováním cytochromu c, aktivací kaspázy-3, reaktivními formami kyslíku ( ROS) a hladiny GSH in vitro [51–53]. Oxidace dopaminu spouští různé kaskády za vzniku endogenních neurotoxinů, které přispívají k neurodegeneraci [54,55]. V případě 12 bylo prokázáno, že kompenzuje toxické účinky oxidace dopaminu uvalené na mozkové mitochondrie Ex vivo. To je přisuzováno antioxidačním vlastnostem 12 prostřednictvím udržování aktivity thioredoxin reduktázy a inhibice oxidace thiolu, a tedy tvorby produktu oxidace dopaminu [56]. Kromě toho 9 a 12 upregulovaly antioxidační enzymy, jako je superoxiddismutáza [57] a glutathionperoxidáza (GPx) in vitro, zatímco v jiných studiích snižovaly elevaci ROS a oxidaci thiolů, což vedlo ke zvýšenému antioxidačnímu obrannému mechanismu, který vyvolal neuroprotektivní účinek. [52,53,58,59].

Kromě toho 9 projevilo neuroprotektivní účinky zvýšením hladiny proteinu glutamátového transportéru-1 (GLT{2}}) a vychytávání glutamátu závislého na GLT-1 a glutamátaspartátovém transportéru (GLAST) v astrogliálních buňkách a v kortikální tkáň myší SOD1G93A, model transgenní myši amyotrofické laterální sklerózy [60]. Tyto glutamátové transportéry udržují nízkou extracelulární koncentraci glutamátu, což je excitační neurotransmiter, přičemž jeho akumulace přispívá k excitotoxicitě [61]. Nedávný systematický přehled navíc ukázal, že 9 zlepšilo paměť a učení a prokázalo neuroprotektivní účinky na hipokampus v preklinických experimentálních modelech [62]. Údajně se podílel na upregulaci GLT{11}}, snížení ROS, zvýšení mozkového neurotrofického faktoru (BDNF) a měl protizánětlivé účinky. V souvislosti s PD byl nedávno zkoumán 9 pro svůj degradační účinek na -synuklein in vitro. Systém ubikvitin-proteazom (UPS) je jedním ze systémů, které odstraňují synuklein prostřednictvím proteolytické aktivity proteazomu a bylo prokázáno, že 9 zvýšil proteolytickou aktivitu prostřednictvím fosforylace proteinkinázy A (PKA), a tím zvýšil UPS pro clearance -synukleinu [63, 64].

13, metabolit 9, byl zahrnut do výsledků z dříve zmíněných studií jako zájmová sloučenina a bylo zjištěno, že 13 poskytuje neuroprotekci prostřednictvím modulace oxidačního stresu, MMP a apoptózy in vitro [51–53]. Tyto nálezy ukázaly pokles ROS a oxidace thiolů, zvýšení hladiny GSH a zmírnění ztráty MMP [51–53,65]. Byl také zkoumán účinek 13 na dva procesy zapojené do zprostředkování buněčné smrti, což je uvolnění cytochromu c a aktivace kaspázy-3, a 13 oba snižoval [51,66].

Výzkum ochranných účinků berberin chloridu (21), což je isochinolinový alkaloid (tabulka 1), na neurodegeneraci získává v posledních letech na popularitě. Ve studii in vivo předběžná léčba 21 na neurotoxicitu stimulovanou 6-hydroxydopaminem (6-OHDA), která modeluje PD u potkanů, významně snížila rotace vyvolané apomorfinem a ztrátu Nissl obarvené substantia nigra pars compacta ( SNpc) neurony a zeslabily snížení imunoreaktivity tyrosinhydroxylázy u SNpc dopaminergních neuronů [67]. Studie In Vitro ukázala, že 21 má neuroprotektivní vlastnosti proti neurodegeneraci zprostředkované oxidačním stresem prostřednictvím aktivace signálních kaskád Akt/GSK, Akt/GSK3/Nrf-2 a PI3K/Akt/Nrf2, zvyšuje p-CREB, stimuluje NGF a Uvolňování BDNF, snížení jaderné translokace NF-κB, potlačení TNF , COX-2, IL-1B, NF-κB a downregulace kaspázy-1, kaspázy-3, Bax, Bcl-2 elevace, cyklin D1 a p53 [68]. Kromě výsledků srovnatelných s předchozími studiemi Deng a tým uvedli 21 snížení produkce ROS a reverzní snížení MMP in vitro a navrhli 21 neuroprotektivních účinků aktivací dráhy PI3K/Akt u neurotoxicity vyvolané rotenonem [69]. 21 bylo také prokázáno, že chrání PC-12 buňky před oxidačním poškozením prostřednictvím mitofágie zprostředkované PI3K/AKT/mTOR [70]. Wallerian-like degeneration (WLD) je axonální degenerace, která se táhne od axonu distálně k místu poranění a vyskytuje se u neurodegenerativních onemocnění [71]. Zajímavé je, že bylo zjištěno, že 21 je nekompetitivním inhibitorem proteinu 1 obsahujícího sterilní alfa a Toll Interleukin Receptor Motif (SARM1), který je klíčovým mediátorem WLD a poskytuje procentuální inhibici z primárního screeningu 70 procent [72]. . Stejná studie dále testovala jeho inhibiční aktivitu na doméně SAM1−2TIR bakteriálních buněk a buněk Expi293, aby potvrdila zjištění a získala hodnoty IC50 110 ± 10 µM a 77 ± 5 µM, v daném pořadí. Kromě toho 21 zvýšil CYP2J2, protein, o kterém bylo zjištěno, že chrání před modelem PD prostřednictvím stimulace receptoru alfa aktivovaného peroxisomovým proliferátorem (PPAR-) in vitro [73]. Studie in vivo ukázala, že 21 zabraňuje inhibici dehydratázy kyseliny aminolevulové (δ-ALA-D) a zabraňuje poškození purinergního přenosu zeslabením ztráty aktivity NTPDázy, ADP, 50 -nukleotidázy a ADA u demence vyvolané streptozotocinem, při které regulace tohoto přenosu hraje roli při zpracování paměti [74,75]. Nicméně aktivita 5-ALA-D ve specifických neuronových buňkách vyžaduje další výzkum kvůli omezeným dostupným studiím.

cistanche na prodej

Stimulace aktivity gliálního hemikanálu zvyšuje uvolňování ATP a glutamátu, což následně indukuje neuronální smrt, zatímco Reticulon{0}} (RTN3) agreguje v mozku AD a usnadňuje vývoj dystrofických neuritů [76,77]. Boldine (31), aporfinový alkaloid (tabulka 1), snižuje aktivitu astrogliálního hemikanálu, aniž by ovlivnil komunikaci mezerových spojů, což snižuje uvolňování ATP a glutamátu. Studie in vivo prokázala 31 ochranu před neuronálním oxidačním stresem a neuritickými dystrofiemi obklopujícími amyloid-beta (A ) plaky, přičemž u myší APP/PS1 byly pozorovány stále menší plochy RTN3 imunoreaktivních dystrofických neuritů (RIDN) [78]. V jiné studii 31 rozložil H2O2, snížil degradaci deoxyribózy zprostředkovanou železem a EDTA a tvorbu melaninu oxidací dopaminu, zmírnil ztrátu MMP, zvýšení cytochromu C, ztrátu aktivity thioredoxin reduktázy, inhiboval oxidaci thiolu indukovanou dopaminem a {{15} }Ztráta životaschopnosti buněk OHDA a PC-12 a aktivace kaspázy-3 vyvolaná dopaminem [79].

Studie in vivo ukázala, že deoxyvasicin (15), což je -karbolinový alkaloid (Tabulka 1), chránil neurony před poškozením vyvolaným oxidačním stresem v dávce 15 mg kg−1. Studie prokázala, že množství glutathionperoxidázy (GPx) bylo významně zvýšeno podáním 15, což následně posílilo antioxidační obranný mechanismus v mozku. Kromě toho byl 15 schopen zvýšit přežití nervů zvýšením mozkového neurotrofického faktoru (BDNF) na 45 mg kg-1 [80].

3.2. Neurozánět

V průběhu let byly prováděny studie za účelem zkoumání patologie neurodegenerativních stavů a ​​bylo zjištěno, že jedním ze základních mechanismů je neurozánět. Defekt ve funkci imunitních buněk může vyvolat zánět v centrálním nervovém systému (CNS) a případně způsobit poškození nervu. Zejména akutní zánět může být prospěšný pro mozek. Naopak chronický zánět může poškodit mozek podporou hyperfosforylace proteinu tau a agregace amyloidu-beta (A ). Tyto mechanismy mohou být aktivovány prozánětlivými mediátory, jako je interleukin 1 (IL-1) a interleukin 6 (IL-6). Vzhledem k tomu, že zánět úzce souvisí s patologií neurodegenerativních stavů, jako je AD a PD, alkaloidy, které jsou schopny zabránit neurozánětům, mohou být schopny zmírnit neurozánět a také pomoci tyto stavy zvládnout [81–83].

9 a 12 byly zvýrazněny jako schopné působit proti neurozánětům. Bylo navrženo, že jsou schopny snížit produkci zánětlivých cytokinů, jako je tumor nekrotizující faktor-alfa (TNF-) a myeloperoxidáza (MPO) a mediátorů, jako je oxid dusnatý (NO). Konkrétně 7 a 12 vykazovaly IC50 0,08 µM a 0,26 µM směrem k MPO, v daném pořadí, což dokazuje jejich potenciál být začleněn jako činidlo působící proti neurozánětům [58,59]. Kromě toho studie in vivo naznačila, že 9 významně zlepšilo kognitivní deficity u chemicky indukovaných diabetických potkanů ​​při dávce 20 mg kg-1. Studie navrhla, že diabetes mellitus úzce souvisí s kognitivní dysfunkcí a obojí souvisí se zánětem. Když byl 9 podáván diabetickým potkanům, aktivita zánětu NLRP3 byla potlačena, což vedlo ke zvýšení exprese mozkového neurotrofického faktoru (BDNF) a následně ke zlepšení kognitivních schopností [84]. Kromě toho studie in vivo uvedla, že 9 byl také schopen překonat hematoencefalickou bariéru (BBB) ​​brzy po perorálním podání [85].

Další -karbolinový alkaloid 15 byl schopen inhibovat neurozánět prostřednictvím několika cest. Studie in vivo prokázala, že 15 je schopen zvýšit množství -GABA a snížit množství glutamátu v mozku v koncentracích 5 1, 15 a 45 mg kg-1. -GABA je životně důležitý neurotransmiter, který působí tak, že inhibuje neurozánět iniciovaný astrocyty a mikrogliemi tím, že brání uvolňování TNF-. Kromě toho produkce TNF-, což je cytokin, který podporuje zánět, byla také významně snížena v závislosti na koncentraci při léčbě 15 v koncentracích 5–45 mg/kg [80].

21 působí na více cílů pro zlepšení podmínek AD. Jedním z mechanismů účinku 21 je zmírnění neurozánětu [86]. Například studie in vivo zaznamenala pokles prozánětlivých mediátorů včetně COX-2, IL-12, IL-6, IL-1 a TNF- v důsledku podání 21 do mozku AD potkanů ​​[87]. Kromě toho studie in vivo uvedla, že 21 brání expresi a fosforylaci podčásti p65 v dávce 50 mg kg-1. p65 je součástí heterodimeru NF-κB, který je životně důležitý při modulaci produkce zánětlivého proteinu [88]. Kromě toho studie in vivo také uvedla, že 21 byl schopen působit proti neurozánětům potlačením signálních kaskád IL-6, TNF a p38 MAPK [89].

3.3. Neurogeneze

Dospělá neurogeneze je proces, který se vyskytuje v subgranulární zóně (SGZ) a subventrikulární zóně (SVZ) hipokampu za vzniku neuronů po celý život člověka. Defekt v neurogenezi dospělých může potenciálně vést k neurodegenerativním stavům, jako je Alzheimerova choroba (AD), Parkinsonova choroba (PD) a Huntingtonova choroba (HD) [90]. Například studie in vivo uvádí, že porucha neurogeneze u dospělých může začít v časném stadiu onemocnění AD ještě před tvorbou neurotoxických neurofibrilárních klubek a A plaků [91,92].

Studie in vitro naznačila, že 8, 9 a 12 úspěšně indukovaly neurogenezi, když byly testovány na progenitorových buňkách kultivovaných z SGZ a SVZ. Kromě toho metabolismus 9 v lidském těle produkoval 8 jako hlavní produkt. Tyto -karbolinové alkaloidy byly také schopny indukovat specializaci neuronových buněk, což bylo prokázáno přítomností exprese MAP-2 a Tuj-1. Studie navrhla, že neurogenetický potenciál těchto -karbolinových alkaloidů byl přisuzován jejich inhibiční aktivitě vůči monoaminooxidáze [70] a DYRK1A [93].

Studie in vitro zkoumající potenciál neurogeneze aporfinových alkaloidů (tabulka 1) na buňkách PC-12 ukázala, že asimilobin (33) významně stimuloval růst neuritů v buňkách PC-12, ale bez zjevného účinku na mRNA exprese kódující proteiny nezbytné pro buněčné dělení a specializaci. Kromě toho studie také uvedla, že 33 je vysoce prostupný přes hematoencefalickou bariéru (BBB), což z něj činí potenciálního lékového kandidáta pro léčbu neurodegenerativních stavů [94].

3.4. Agregace amyloidu Beta

Amyloid beta (A) je produkt, který je výsledkem enzymatického štěpení amyloidního prekurzorového proteinu (APP) pomocí -sekretázy a -sekretázy a předpokládá se, že A hraje roli při rozvoji AD. A je peptid, který se většinou skládá ze 40–42 aminokyselin a je náchylný k agregaci za vzniku neurotoxických A plaků. Jakmile se A plaky nahromadí v mozku, vyvinou se abnormální synaptické a neuronální aktivity, které způsobí poškození mozku a způsobí symptomy, jako jsou kognitivní deficity a postupná ztráta paměti [95,96].

Prevence agregace A tedy může pomoci oddálit progresi AD. Kromě anticholinesterázové aktivity, kterou vykazují alkaloidy rostlinného původu, jsou některé z nich schopné inhibovat agregaci A. Rada (19) a nizatidin (20) jsou isochinolinové alkaloidy (tabulka 1) a mají schopnost inhibovat oligomerizaci A .

Studie In Vitro uvedla, že 19 a 20 prokázaly středně intenzivní supresi směrem k agregaci A, jak je patrné z jejich hodnot IC50 5,56 a 1,89 uM vůči A, v daném pořadí. Ve skutečnosti se také navrhlo, že jak 19, tak 20 měly nejvýznamnější inhibiční aktivitu vůči více cílům zapojeným do neurodegenerativních stavů a ​​měly podobné molekulární struktury ve srovnání s jinými isochinolinovými alkaloidy extrahovanými ze Zanthoxylum rigidum. Proto se doporučuje prozkoumat molekulární skafold spojený s jejich multi-cílenou aktivitou [24]. Kromě toho byl 21 studován po celá léta a v přehledu bylo uvedeno, že brání signálním kaskádám ERK1/2 a mitogenem aktivované proteinkinázy (MAPK), v důsledku čehož deaktivuje -sekretázu-1 (BACE-1) a klesající generace A [86]. Ve skutečnosti je 21 prodáván jako volně prodejný produkt, který se v Číně konzumuje orálně, protože studie zkoumající jeho účinnost a bezpečnost po orální konzumaci uvedly přijatelné výsledky. Kromě své anticholinesterázové aktivity, která je srovnatelná s 1 a 21, má také schopnost snižovat agregaci A snížením tvorby A. Studie in vivo uvedla, že 21 byl schopen významně inhibovat aktivitu -sekretázy v mozku s AD, v důsledku toho snížit tvorbu A až o 40 procent a zlepšit symptomy AD. Kromě supresivního působení na -sekretázu jiná studie in vivo uvedla, že 21 zesiluje aktivitu A40, která snižuje neurotoxický potenciál A42 modifikací stability, morfologie a rozpustnosti A42, aby se zhoršila agregace A42 [87,97]. Toto tvrzení je dále podpořeno studií in vivo, která tvrdila, že 21 v koncentracích 50 a 100 mg/kg/den byl schopen downregulovat části -sekretázy Pen-2, Aph-1 a PS1 a -sekretáza, v důsledku toho potlačující produkci A. Navíc bylo prokázáno, že 21 významně zvyšuje aktivitu -sekretázy při stejných koncentracích [98]. Studie in vitro dále naznačila, že 21 byl schopen inhibovat oligomerizaci A a tvorbu fibril [99].

3.5. Tau hyperfosforylace

Tau protein (τ) hraje zásadní roli při stabilizaci neuronových mikrotubulů a tím podporuje strukturu neuronu a intracelulární transport živin. Kinázy, které zahrnují duálně specifickou tyrosinovou fosforylací regulovanou kinázu 1A (DYRK1A), glykogensyntázovou kinázu-3 (GSK-3), Ca2 plus /kalmodulinem aktivovanou proteinkinázu II a cyklin-dependentní kinázu-5 (Cdk5) může indukovat hyperfosforylaci tau. Hyperfosforylace tau proteinu vede ke shlukování fosforylovaných tau proteinů za vzniku neurofibrilárních spletenců párového tau spirálového vlákna. V důsledku toho již nepodporují mikrotubuly v neuronu, což nakonec vede k neuronální apoptóze, a tedy neurodegeneraci [100].

9 bylo zjištěno, že má inhibiční aktivity vůči DYRK1A, což zase brání hyperfosforylaci tau proteinu. Studií in vitro bylo prokázáno, že 9 byl silným inhibitorem DYRK1A s IC50 přibližně 80 nM. 9 deaktivovala DYRK1A, a tím potlačila fosforylaci tau na serinu 396, následně redukovala všechny tři typy fosforylovaných forem proteinu tau. Snížením množství fosforylovaného tau si harmin (9) zachoval funkci tau pro podporu mikrotubulů v neuronu, čímž zabránil smrti neuronů. Bylo však hlášeno, že 9 může být neurotoxický v koncentracích nad 8 uM kvůli nadměrné depleci tau proteinu [100].

Kromě 9, 21 byl také schopen bránit hyperfosforylaci tau proteinu. Ačkoli je třeba provést další výzkum skutečného mechanismu 21 ke snížení hyperfosforylace tau, dvě studie in vitro ukázaly, že 21 je schopen zabránit hyperfosforylaci tau proteinu stimulované calykulinem A v koncentracích 20 a 25 µg ml-1. snížením aktivity GSK-3 a upregulací aktivity proteinové fosfatázy 2A. Navíc reverze fosforylace tau byla indukována 21 na Ser262 [86,101,102]. Studie in vivo také uvedla, že antioxidační vlastnosti 21 by mohly pomoci inhibovat nadměrnou expresi proteinu tau a hyperfosforylaci tau v mozku s AD [87].

4. Fyzikálně-chemická analýza alkaloidů

Obrázek 5 ukazuje analýzu fyzikálně-chemických vlastností alkaloidů zahrnutých v tomto přehledu. Molekulová hmotnost většiny sloučenin byla pod 500 Da. Mezi sloučeniny s vyšší molekulovou hmotností patřily 44, 45 a chuťové alkaloidy (58–61). Pouze jedna sloučenina porušuje Lipinského pravidlo pro darování vodíkových vazeb, rotační vazby a topologickou polární plochu povrchu (TPSA). Je zajímavé, že všechny sloučeniny zahrnuté v tomto přehledu se řídily Lipinského pravidlem pro Log P a akceptor vodíkové vazby (HBA). 32 sloučenin bylo klasifikováno jako vysoce rozpustné, 15 sloučenin mělo střední rozpustnost a 7 sloučenin mělo nízkou rozpustnost.

5. Metoda

Do této studie byly zahrnuty všechny přirozeně odvozené alkaloidy uváděné v literatuře pro svou inhibiční aktivitu na cholinesterázu mezi 2011–2020. Syntetické alkaloidy, alkaloidy předběžně identifikované plynovou chromatografií-hmotnostní spektrometrií (GC-MS) a kapalinovou chromatografií-hmotnostní spektrometrií LCMS uváděné pro jejich inhibici cholinesterázy byly z této studie vyloučeny. Obrázek 1 ukazuje, že do tohoto přehledu bylo zahrnuto 38 procent a 18,7 procent inhibitorů AChE a BuChE s IC50 menší nebo rovnou 10 uM. Výsledkem bylo, že do textu a přehledu bylo zahrnuto 61 sloučenin s IC50 menší nebo rovnou 10 µM, kromě 1 a 2, s ohledem na potenciál modifikovat onemocnění, včetně inhibice amyloidu-beta, inhibice hyperfosforylace tau, neurozánětu, neurogeneze a neuroprotektivního účinku. efekty. Fyzikálně-chemické vlastnosti 59 alkaloidů (kromě galanthaminu a huperzinu A) byly předpovězeny (Instant JChem 17.10.0, 2020 ChemAxon Ltd.).

6. Závěry

Rostoucí množství důkazů prokázalo důležitost přirozeně odvozených alkaloidů jako modulátorů neurodegenerativních onemocnění. Ačkoli jsou alkaloidy hlavním zdrojem inhibitorů AChE, objevuje se významný počet duálních inhibitorů cholinesterázy a inhibitorů BuChE. Je zajímavé poznamenat, že několik alkaloidů dokumentovaných v tomto přehledu chrání neurony před mechanismy, které jsou škodlivé, jako je neurozánět, oxidační stres, excitotoxicita, apoptóza, akumulace A a fosforylace tau, a mohly by být vyvinuty pro léčbu Alzheimerovy a Parkinsonovy choroby. Konkrétně 9 a 21 jsou potenciální modulátory při řízení progrese těchto onemocnění. Nicméně dávkování těchto alkaloidů pro použití u neurodegenerativních onemocnění zůstalo neprůkazné. Fyzikálně-chemická analýza odhalila, že většina alkaloidů se řídí Lipinského pravidly pravděpodobnosti drog. Hematoencefalická bariéra je důležitým faktorem střežícím pronikání sloučenin do mozku a vyžaduje další pozornost, aby se jí věnovala. Je pochopitelné, že neúspěchy přirozeně odvozených sloučenin, jako je nízký výtěžek extrakce, zastavily vývoj potenciálních kandidátů na terapeutické vodítka. Je zapotřebí dalšího vývoje, aby se zlepšila jejich užitečnost jako životaschopných terapeutik.