抗阿尔兹海默症二萜生物碱的发现、合成与作用机制研究

Diterpenoid alkaloids are the main characteristic compounds in the genera of Aconitum and Delphinium. One of the representative compounds, Methyllycaconitine (MLA), reversibly binds and blocks nicotinic acetylcholine receptors (AchR) and has been identified as a potential lead for the treatment of Alzheimer’s disease. However, further studies on the therapeutic potential of MLA were hindered by its high toxicity. More recently, another neuroprotective diterpenoid alkaloids Apetalunine A (ALA) possessing special side chain from Aconitum apetalum, was found to be 5 times more potent than MLA while maintaining only 2% of its toxicity. Initial mechanistic studies revealed that ALA exhibited its neuroprotective effects by inhibiting the Acetylcholinesterase activity and inducing autophagic cell death. ALA-induced autophagy was also thought to be the main reason for the reduction of its toxicity, which is a breakthrough in the fight against Alzheimer's disease using diterpenoid alkaloids. Based on this, we plan to use classical drug design strategies, including screening of active compounds from related species, structural modifications of ALA (Core-modification, Twin drug design, and Side chain scaffold hopping), anti-AchR activity screening, toxicity testing, etc. to discover novel neuroprotective candidates. What’s more, the underlying mechanisms of the candidates could be explored using proteomics approaches to provide support for the development of better diterpenoid alkaloids-based anti-Alzheimer’s drugs with higher potency, fewer toxicity, clear mechanism and unambiguous target.

二萜生物碱为乌头属和翠雀属植物特征化学成分，其中代表化合物甲基牛扁碱(MLA)具显著神经保护活性，被作为抗阿尔兹海默症的先导化合物，但毒性太大限制了其进一步研究。本申请基于前期从新疆特产空茎乌头中发现了新二萜生物碱空乌宁甲（ALA），该化合物具有新颖的侧链结构，其神经保护活性为MLA的5倍，而毒性仅为2%。初步的机制研究表明，ALA通过抑制乙酰胆碱酯酶活性，并诱导细胞保护性自噬，起到神经保护的作用，自噬也可能是其毒性大幅降低的主要原因。该发现突破了二萜生物碱抗阿尔兹海默症研究近20年的瓶颈。由此，本申请拟在经典药物设计理论指导下，通过亲缘植物活性成分的发现、ALA结构改造（母核修饰、孪药设计和侧链骨架跃迁）、活性筛选、毒性测试等研究，发现具神经保护活性的候选化合物，并结合蛋白质组学技术探究候选化合物的作用机制，为发现高效、低毒、机制清晰、靶标明确的二萜生物碱类抗阿尔兹海默症药物奠定基础。

二萜生物碱作为我国常用中药和民族药草乌的特征性化学成分，其代表化合物甲基牛扁碱具显著神经保护活性，被作为抗阿尔兹海默症的先导化合物，但毒性问题限制了其进一步的研究。本项目以前期发现的高神经保护活性、低毒的二萜生物碱ALA为基础，围绕天然来源的高效低毒抗老年痴呆候选药物开发的核心问题，根据创新药物设计原理，从亲缘植物系统分离及活性测试、ALA结构改造及活性筛选、ALA类化合物神经保护作用机制三个方面开展研究工作，取得了以下研究成果：.（1）植化研究：完成了8种空茎乌头亲缘植物的采集和二萜生物碱成分的系统研究，共分离得到149个二萜生物碱类化合物，其中新化合物23个，新骨架化合物3个。完成了抗AD、拒食及抗炎镇痛等活性测试。研究结果丰富了该类化合物的结构类型，为二萜生物碱多样性数据库的构建以及植物分类学的研究提供了物质基础。.（2）结构修饰：在经典药物设计原理指导下，从母核修饰、孪药设计和侧链骨架跃迁三个方面对先导化合物ALA进行修饰合成，共得到ALA衍生物82个，并完成了神经保护、镇痛等活性筛选及毒性测试，重构了二萜生物碱神经保护构效关系及毒性规律，发现了一个具良好神经保护活性且毒性极低的二萜生物碱类化合物Apetalrines B，可作为抗AD的药物进一步进行研究。.（3）作用机制：以高活性化合物Apetalrines B作为探针，作用机制研究发现其主要通过抑制细胞凋亡对SH-SY5Y细胞表现神经保护作用。.本研究对二萜生物碱的神经保护活性继续进行深入研究，发现了一个毒性极低、具良好神经保护活性的天然来源二萜生物碱化合物，为新一代天然来源、高效、低毒抗老年痴呆候选药物的开发奠定了基础。