牛蒡子苷元的结构修饰及其降Abeta含量的构效关系研究

By screening our in-house natural product library, we have found arctigenin (ATG), isolated from Arctium lappa, can significantly decrease Abeta?content in the HEK293-APPswe cell model; and ATG both inhibit Abeta production by suppressing beta-site amyloid precursor protein cleavage enzyme 1 expression and promote Abeta clearance by enhancing autophagy through AKT/mTOR signaling inhibition and AMPK/Raptor pathway activation as investigated in cells and APP/PS1 transgenic AD model mice. Moreover, treatment of arctigenin by ip administration in APP/PS1 transgenic AD model mice highly decreased Abeta?formation, senile plaques and efficiently ameliorated AD mouse memory impairment. It showed high safety in the acute toxicity experiment; its content in the plant is about 3% of its dry weight. Therefore, ATG is a good anti-AD drug lead for further structural optimiazation. In this project, we will focus on exploring chemical properties of ATG, preparing ATG derivative libraries with structure-diversity, synthesizing enough ATG analogues in each type library, testing their in vitro decreasing Abeta content activity in cells, summing up the structure-activity relationship; designing and synthesizing the combined derivative library with optimized substituents at different positions, designing and synthesizing prodrugs of ATG, evaluating their drug-like properties, acute toxicity, oral bioavailability, and in vivo anti-AD activity, and find 1-2 anti-AD drug candidates.

前期通过细胞水平上的筛选，得到了能够显著降低Abeta含量的中药有效成分牛蒡子苷元(ATG)；发现其作用分子机制是通过减少BACE1表达而抑制Abeta生成，通过启动自噬而增强Abeta的清除；在AD转基因模型小鼠上，腹腔注射给药ATG能显著降低小鼠脑内Abeta的含量，减少老年斑的产生，明显改善小鼠的记忆力。急性毒性试验显示其具有较高的安全性；ATG在牛蒡子中的含量高达3%，因此ATG是一个优良的抗AD药物先导结构。本申请我们将探索ATG的化学反应性质，制备结构多样性的系列化合物库；对每一类型化合物库尽可能多的合成类似物，并测试它们降Abeta含量的活性，总结其构效关系；进一步结合已有的构效关系规律，设计、合成在多个位置同时连接最佳取代基的组合衍生物库；同时开展ATG的前药设计、合成及其相关评价研究；经体内系统的药效学评价、急性毒性和口服生物利用度评价，发现1-2个药物候选物。

牛蒡子苷元（ATG）一方面通过调节AMPK及AKT/mTOR通路以增强自噬作用，从而增加Aβ清除；另一方面通过抑制PERK/eIF2alfa-P磷酸化以减少BACE1的翻译进而抑制Aβ生成，这两方面的综合作用降低降低Abeta含量，最终可作为潜在抗老年痴呆药物进行深入研究。通过对ATG的口服代谢产物的研究，发现ATG的主要代谢位点为酚羟基的II相代谢，以及内酯环的水解开环。针对化合物中易代谢的位点，设计了8个系列结构多样性的ATG化合物库，累计合成了150多个ATG衍生物。初步的体外活性测试结果显示：氨基甲酸酯类化合物具有较好的降低Aβ含量活性，活性最优的化合物C34降Aβ活性为82.4%，比ATG的活性提高接近2倍，并获得该类化合物明确的构效关系。体内药效学的实验和水迷宫实验结果显示，C34可在体内有效降低Aβ含量，并改善小鼠的行为，以达到治疗AD的目的。初步的毒理实验显示，化合物的毒性较低，具备低毒的特征。同时，为了解决ATG及其衍生物水溶性差、口服生物利用度较低、代谢稳定性较差，也设计合成了ATG的酯前药ATG-A02；研究结果显示，该前药的盐酸盐可有效改善水溶性，提高口服生物利用度，也可改善小鼠的行为，可成为治疗AD的潜在药物。