基于Nrf2激活的穿心莲内酯衍生物的合成、神经营养和保护及作用机制研究

Degenerative diseases are seriously threatening health of the people in the elderly and NGF has been indicated as therapeutic agent against a number of brain disorders. Unfortunately, the clinical applications of neurotrophins as therapeutic tools have been dampened by the delivery issues and their suboptimal pharmacological properties. Oxidative stress has recently been read as a common key element of pathogenic mechanisms of central nervous system diseases. The activation of transcription factor Nrf2, which is an important way against oxidative stress for cells, is closely related to neurotrophy and neuroprotection and represents an attractive hotspot in treatment of neurodegenerative disorders. Andrographolide can activate Nrf2 and our previous studies have firstly proved that andrographolide showed moderate neurotrophic activity in rat pheochromocytoma (PC12) cells. In this project we try to design and synthesize several series of derivatives with andrographolide as the lead compound based on Nrf2 activation and evaluate their neurotropic and neuroprotective activities through morphological observation, statistical analysis of the cell differentiation and survival using PC12 cells as model. Furthermore, the action mechanisms of andrographolide derivatives will be explored by biology techniques such as western blotting analysis and real-time reverse transcription-PCR (RT-PCR). This project is expected to find new lead compounds with improved neurotropic and neuroprotective activities, which provide pharmacy and pharmacology basis for developing novel candidate drugs targeted on the treatment of neurodegenerative diseases.

神经退行性疾病严重威胁着老年人的健康，目前人们已将具有神经营养活性的NGF用于神经退行性疾病的治疗。遗憾的是，由于血脑屏障及NGF自身的缺点，神经营养因子疗法在临床上受到了极大的限制。氧化应激被认为是多种神经退行性疾病的重要发病机制之一，而转录因子Nrf2的激活是细胞抵抗氧化应激反应的重要途径，与神经营养和保护密切相关，已成为中枢神经系统疾病的研究热点。穿心莲内酯能够激活Nrf2，同时我们组前期的研究首次发现穿心莲内酯具有中等的神经营养活性。本课题基于Nrf2的激活对天然活性物质穿心莲内酯进行结构修饰，以PC12细胞为模型，在细胞形态观察、细胞分化率以及存活率分析的基础上对穿心莲内酯衍生物进行神经营养活性和神经保护作用的筛选。并通过蛋白质印迹法、RT-PCR等手段来初步探讨活性化合物在细胞内的作用机制。期望发现有效的先导化合物，为发现新颖的治疗神经退行性疾病活性物质提供药学和药理学依据。

神经退行性疾病严重威胁着老年人的健康，然而目前临床上尚缺乏有效的治疗手段和药物。氧化应激被认为是多种神经退行性疾病的重要发病机制之一，转录因子Nrf2的激活是细胞抵抗氧化应激反应的重要途径且与神经营养和保护密切相关，而天然产物穿心莲内酯独特的结构特征使它激活Nrf2、成为治疗神经退行性疾病的先导化合物成为可能。基于此，我们首先对穿心莲内酯的神经保护作用进行了系统研究。研究结果表明，穿心莲内酯能够通过抑制NF-κB活性及激活Nrf2/HO-1来抑制炎症介质如NO, TNF-α, IL-6, ROS, iNOS的产生从而减少炎症对神经元造成的损伤。同时，穿心莲内酯能够显著降低活性氧ROS的产生从而保护氧化应激诱导剂H2O2和6-OHDA对PC12神经元的损伤。为进一步研究3, 14和19位羟基对穿心莲内酯活性的影响，我们对其进行了酯化反应。结果显示，在3位引入酯基有利于增加穿心莲内酯的抗炎活性，而在14和19位引入酯基有利于增加穿心莲内酯的神经保护作用。其次，对穿心莲内酯修饰后得到了12个衍生物，并对其进行了神经营养和神经保护作用研究。研究结果表明，衍生物3和12能够显著的抑制炎症介质NO, iNOS,TNF-α, IL-6的产生并能够缓解小胶质细胞介导的神经元损伤，衍生物11和12在一定程度上能够减弱氧化应激造成的神经元损伤。同时，衍生物1,4和10能够显著的促进NGF诱导的PC12细胞轴突生长，表现出一定的神经营养活性。另外，我们基于网络药理学初步预测了活性化合物3,10和12与治疗阿尔茨海默氏病(AD)相关的靶点和通路。其中，与10相关的4个AD靶点主要涉及甲状腺激素信号通路（thyroid hormone signaling pathway）。与12相关的7个AD靶点所涉及的信号通路主要与毒蕈碱受体（mAChRs）密切相关，而寻找选择性的mAChR激动剂和拮抗剂已成为治疗AD的有效策略。该项目研究工作充分挖掘了穿心莲内酯的潜力，揭示了穿心莲内酯在治疗神经退行性疾病方面的潜力。此外，通过修饰获得了部分活性较好的先导化合物，为神经退行性疾病药物的研究提供了一定的药学和药理学依据。