Potencjał alkaloidów pochodzenia naturalnego jako wielokierunkowych środków terapeutycznych w chorobach neurodegeneracyjnych

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

Abstrakcyjny:Alkaloidyto klasa wtórnych metabolitów, które mogą pochodzić z roślin, grzybów i gąbek morskich. Są powszechnie znane jako stałe źródło leków do leczenia chorób przewlekłych, w tym raka, cukrzycy i chorób neurodegeneracyjnych. Na przykład galantamina i huperzyna A sąalkaloidpochodne obecnie stosowane w objawowym leczeniu choroby neurodegeneracyjnej. Etiologia chorób neurodegeneracyjnych jest wielogenowa i wieloczynnikowa, obejmująca między innymi stany zapalne, stres oksydacyjny i agregację białek. Dlatego alkaloidy pochodzenia naturalnego o właściwościach modulujących polifarmakologię są potencjalnie przydatne do dalszego opracowywania leków lub, w mniejszym stopniu, jako nutraceutyki do zarządzania neurodegeneracją. Przegląd ten ma na celu omówienie i podsumowanie ostatnich osiągnięć dotyczących alkaloidów pochodzenia naturalnego w chorobach neurodegeneracyjnych.

Słowa kluczowe:alkaloidy; agent wielokierunkowy; cholinoesteraza; neuroprotekcyjny; zapalenie nerwów; neurogeneza; amyloid-beta; białko tau; podobieństwo do narkotyków

ZapobiegaćChoroba Alzheimerachoroba zcistanche

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

1 Biofunctional Molecule Exploratory Research Group (BMEX), School of Pharmacy, Monash University Malaysia, Jalan Lagoon Selatan, Bandar Sunway 47500, Malezja

2 Sekcja Chemiczna, Szkoła Kształcenia na Odległość, Universiti Sains Malaysia, Penang 11800, Malezja

1. Wstęp

Neurodegeneracyjnychorobyzaliczane są do grupy chorób przewlekłych, które są w większości nieuleczalne i charakteryzują się postępującą utratą pamięci i/lub śmiercią komórek nerwowych w ośrodkowym układzie nerwowym. Niektóre przykłady obejmują chorobę Alzheimera (AD) i chorobę Parkinsona (PD), a plany zarządzania tymi chorobami są jedynie leczeniem objawowym, które nie zatrzymuje postępu choroby [1,2]. Większość z tych chorób jest ściśle związana z wiekiem. Każda choroba neurodegeneracyjna wiąże się z różnymi objawami klinicznymi, takimi jak dysfunkcja poznawcza i zaburzenia codziennego funkcjonowania [3]. W 2016 roku około 43,8 mln osób cierpiało na demencję, a 6,1 mln na chorobę Parkinsona, a liczba ta z roku na rok rośnie [4,5]. AD stanowi około 75% wszystkich przypadków otępienia, dlatego jest uważana za najczęstszą formę otępienia [6,7].

Objawy AD obejmują utratę pamięci i mogą przejść do zaawansowanego stadium, które objawia się jako pobudzenie, apatia, agresja, halucynacje, fałszywe przekonania i dysfunkcja poznawcza; ostatecznie pacjenci z ciężką postacią AD umierają z powodu utraty podstawowych funkcji fizjologicznych i powikłań po infekcjach [8–10]. Możliwości leczenia AD są ograniczone do inhibitorów cholinesterazy, w tym donepezylu, rywastygminy i galantaminy oraz antagonisty receptora N-metylo-D-asparaginianu (NMDA) zwanego memantyną. Podczas gdy inhibitory cholinesterazy hamują rozpad acetylocholiny w celu zwiększenia cholinergicznej aktywności neuronalnej w ośrodkowym układzie nerwowym, memantyna hamuje neurotoksyczność wywołaną nadmiarem glutaminianu [11]. PD charakteryzuje się spowolnieniem ruchów i co najmniej jednym z następujących objawów, w tym drżeniem spoczynkowym, niestabilnością postawy lub sztywnością mięśni. PD jest zwykle leczona lekami, które zwiększają aktywność nerwów dopaminergicznych, w tym lewodopą i agonistami dopaminy, a także lekami hamującymi metabolizm dopaminy, w tym inhibitorami katecholo-O-metylotransferazy (COMT) i inhibitorami monoaminooksydazy B (MAO-B) [12]. Oba stany nie mają lekarstwa, które albo zatrzymuje postęp choroby, albo odwraca uszkodzenia. AD jest chorobą wieloczynnikową, ponieważ jej etiologia związana jest z akumulacją amyloidu beta, hiperfosforylacją białka tau, ekscytotoksycznością, stresem oksydacyjnym i zapaleniem układu nerwowego [7,13]. Podczas gdy PD wiąże się z nagromadzeniem wewnątrzkomórkowych białek zawierających agregaty, takich jak ubikwityna i alfa-synukleina (-Syn), które tworzą ciała Lewy'ego, neurodegeneracją dopaminergiczną w istocie czarnej pars compacta (SNpc) i stanem zapalnym układu nerwowego [12,14].

Cistanche herba może poprawić pamięć

Innym podobieństwem między AD i PD jest to, że obie choroby są związane z zapaleniem nerwów. Zapalenie nerwów wywołane przez blaszki amyloidu-beta w AD i agregaty alfa-synukleiny w PD istotnie nasila utratę, odpowiednio, neuronów cholinergicznych i dopaminergicznych [11,14]. Ponieważ obecne opcje leczenia zapewniają wyłącznie łagodzenie objawów, trwające badania koncentrują się na identyfikacji wielokierunkowych opcji terapeutycznych chorób neurodegeneracyjnych. Produkty naturalne są bogatym źródłem leadów terapeutycznych. Na przykład pochodzenia naturalnegoalkaloidyw tym huperzyna A i galantamina z roślin leczniczych zostały odkryte i zbadane pod kątem ich potencjału w leczeniu AD [15]. Dotychczas zmiana paradygmatu w kierunku wielokierunkowego podejścia modulacyjnego w zarządzaniu chorobami neurodegeneracyjnymi jest zgodna z przeważającymi charakterystycznymi pochodnymi produktów naturalnych o właściwościach wielokierunkowych. Niniejszy przegląd stanowi aktualizację najnowszej literatury na temat inhibitorów cholinesterazy opartych na alkaloidach i są one skuteczne in vivo w modelach zwierzęcych, podkreślając ich mechanizmy w modelach eksperymentalnych związanych z zaburzeniami neurodegeneracyjnymi, w tym neuroprotekcji, zapalenia nerwów, neurogenezy, patologii tau i amyloidu. akumulacja beta. Jedną z przeszkód w rozwoju leków są właściwości podobne do leków. W związku z tym prowadzona jest również analiza właściwości fizykochemicznych związków na bazie alkaloidów.

2. Potencjał hamowania cholinesterazy alkaloidów pochodzenia naturalnego

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) przedstawiono na rysunku 1.

Alkaloidy indolowe należą do największej grupy heterogenicznych metabolitów wtórnych, obejmujących sześcioczłonowy pierścień aromatyczny skondensowany z pięcioczłonowym pierścieniem pirolowym zawierającym azot [36]. Stwierdzono, że rescinnamina (3) z Rauvolfifia reflex zachowuje się jak podwójny inhibitor cholinesterazy (IC50 AChE 11,01 µM; BuChE 8,06 µM) [20]. Alkaloidy monoterpenowo-indolowe są rozpoznawane jako cząsteczki zawierające jednostkę monoterpenoidową połączoną z ugrupowaniem indolowym. Monoterpenowe alkaloidy indolowe (4–6) wyizolowane z Nauclea Officinalis wykazują selektywne działanie hamujące BuChE. Wykazano, że Augustyn (4), nukleina (5) i Augustyn (6) hamują BuChE z IC50 w zakresie 1,03 do 7,70 µM. Badanie kinetyczne wykazało, że 4 był inhibitorem mieszanym o wartości Ki 6,12 µM [21].

Alkaloidy -karbolinowe stanowią grupę indolową skondensowaną z C-3 i C-4 pirydyny w jej pozycji orto [37]. Doniesiono, że alkaloidy dziesięciokarbolinowe (7-16) z Peganum harmala wykazują aktywność hamującą cholinoesterazę z wartościami 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="">

Rysunek 2 pokazuje, że łącznie 55 alkaloidów zidentyfikowano jako AChEi, podczas gdy 24 alkaloidy zidentyfikowano jako BuChEi. Zasadniczo wykazano, że 16 alkaloidów hamuje oba enzymy przy wartościach IC50 równych lub mniejszych niż 10 µM. W tabeli 1 wymieniono bioaktywne alkaloidy wyizolowane z roślin wraz z ich aktywnością hamującą cholinoesterazę, natomiast ryciny 3 i 4 przedstawiają struktury chemiczne alkaloidów 1-61.

Alkaloidy izochinolinowe należą do różnych klas alkaloidów otrzymywanych ze źródeł naturalnych. Składają się z pierścienia izochinoliny lub tetrahydroizochinoliny jako podstawowego szkieletu [38]. Porada (19) była najsilniejszym inhibitorem podwójnej cholinesterazy z wartościami IC50 wynoszącymi 0.15 i 0.88 µM zarówno dla AChE, jak i BuChE. Ranitydyna (20) wykazywała słabsze działanie hamujące zarówno wobec AChE, jak i BuChE niż 19, z wartościami IC50 odpowiednio 0,65 µM i 5,73 µM [24]. Porównując struktury molekularne, trzeciorzędowa amina jest obecna w pozycjach 7 19 i 20 i jest odpowiedzialna za wysokie powinowactwo wiązania zarówno z AChE, jak i BuChE. Chlorek berberyny (21) i 13-alkiloberberyna (22) to kolejne dwa alkaloidy izochinolinowe pochodzące z kłączy Coptis Chinensis, które mają nieco inną strukturę molekularną niż 19 i 20. Chociaż zarówno 21, jak i 22 miały IC50 > 10 µM w stosunku do BuChE, 21 wykazywało silniejszą aktywność hamującą wobec AChE z IC50 1,1 µM niż 22 z IC50 5,6 µM [25]. Porównując struktury molekularne obu alkaloidów widać, że obecność grupy metylowej w pozycji 13 w strukturze 22 jest odpowiedzialna za zmniejszoną aktywność hamującą zarówno wobec AChE, jak i BuChE.

Alkaloidy aporfinowe i proaporfinowe pochodzą naturalnie z izochinoliny. Generalnie występują one w rodzinach Annonaceae, Lauraceae, Magnoliaceae i Menispermaceae [39]. Badanie ekstraktów ze Stephania Epigaea [26], Illigera aromatycznych [40], Beilschmiedia sp. [27], Monimiaceae i Magnoliaceae [41] spowodowały wyizolowanie szeregu alkaloidów typu aporfinowego i proaporfinowego. Wśród nich epinastyna B (23), dehydrodicentryna (24), rzymskie (25), doktryna (26), 2-hydroksy-9-metoksyaporfina (27), laurotetanina (28), liriodenina (29), oreobeilina (30), boldina (31), sekoboldyna (32), asimilobina (33), (S)-3-metoksynordomestycyna (34) i izoboldyna (35) wykazują znaczące działanie hamujące AChE [26,27] .

Alkaloidy typu likoryny, znane również jako alkaloidy Amaryllidaceae, należą do dużej grupy alkaloidów izochinolinowych. Można je znaleźć w roślinach z rodziny Amaryllidaceae. Wyizolowano wiele alkaloidów typu likoryny, głównie skoncentrowanych w cebulkach i liściach [42]. Alkaloidy typu likoryny, w tym galantyna (36) i 1 z Zephyranthes carinata, wykazywały aktywność hamującą AChE wobec AChE [28].

Alkaloidy steroidowe to jedna z ważnych klas alkaloidów pochodzenia roślinnego. Mają podstawowy szkielet steroidowy z atomem azotu obecnym w pierścieniu lub łańcuchu bocznym [43]. Trzy nowe alkaloidy steroidowe Mokluanginy A-C (37-39) z Holarrhena pubescens wykazują aktywność hamującą AChE w zakresie 1,44 do 4,09 µM, w których podstawienie w C-3 służy jako klucz w modulacji AChE aktywność hamująca [29]. Alkaloidy izosteroidowe są jednym z reprezentatywnych alkaloidów steroidowych należących do typu szkieletowego C-27 [43]. Doniesiono o siedmiu izosteroidowych alkaloidach (40–46) z Fritillaria walujewii ze względu na ich potencjalne działanie hamujące cholinoesterazę. Wykazano, że Tortifoline (40), Walujewine C (41), Sinpeinine A (42), Walujewine A (46) i Walujewine E (44) hamują AChE z wartościami IC50 od 5,8 do 9,8 µM, podczas gdy wszystkie związki hamują BuChE poniżej 10 µM z wyjątkiem 46. Można wywnioskować, że wszystkie związki są podwójnymi inhibitorami cholinesterazy z wyjątkiem 43, 45 i 46 [30].

cistanche na sprzedaż

Alkaloidy piroloiminochinonowe są głównie izolowane z organizmów morskich. Ważne alkaloidy piroloiminochinonowe obejmują discorhabdins, rokowanie, bazyliony, wakayiny i Camarones [44]. Discorhabdins G (47) i B (48) z Antarktyki Latrunculia sp. gąbki wykazywały aktywność hamującą AChE z wartościami IC50 odpowiednio 1,3 i 5,7 µM [31]. Alkaloidy Lycopodium to interesująca klasa alkaloidów, powszechnie występujących w roślinach Lycopodiaceae. Składają się z alkaloidów typu chinolizyny, pirydyny i pirydonu [45]. Ogólnie alkaloidy lycopodium składają się ze szkieletów C16 i czasami mają szkielety C32, gdy występują jako dimery [46]. Wśród izolowanych alkaloidów lycopodium huperzyna A (2) pojawiła się jako dobrze znany inhibitor AChE w leczeniu AD [45]. Squarrose A (49) i pirolhuperzyna A (50) zostały wyizolowane jako nowe alkaloidy Lycopodium z Huperzia squarrosa, wraz ze znanym 2 i N-tlenkiem 12-epilikodoliny (51). W oparciu o wyniki, huperzyna A była najsilniejsza w hamowaniu AChE, a następnie 49, 50 i 51 [32]. W kontynuacji badań na tej samej roślinie, H. squarrosa dał 52 jako nowy alkaloid lycopodium o potencjale hamującym AChE [33].

Alkaloidy typu Lycodine należą do klasy alkaloidów lycopodium. Generalnie składają się z czterech pierścieni, w tym jednego pierścienia pirydynowego lub pirydynowego. Wiadomo, że alkaloidy typu likodyny wykazują aktywność hamującą AChE [46]. W badaniu przeprowadzonym na alkaloidach typu likodyny, w tym Lycocasuarinine D (53), Lycocasuarinine A (54), N-demethylhuperzinine (55) i huperzine C (56) z kazuarynoidów Lycopodiastrum, zgłoszono ich potencjał hamowania cholinesterazy. 50 i 51 wykazywały hamowanie AChE z wartościami IC50 0,22 i 4,74 µM, natomiast 55 i 56 były podwójnymi inhibitorami cholinesterazy [34].

Flawoalkaloidy to unikalna podklasa alkaloidów składająca się z podstawowego szkieletu flawonoidów połączonych z pierścieniami zawierającymi azot, takich jak pirolidynon, pirolidyna, indol, piperydyna, piperydyna i aminoglikozyd [47]. Do tej pory zgłoszono mniej niż 100 naturalnie występujących bliznowców smakowych, chociaż stwierdzono, że wykazują one szeroki zakres bioaktywności [35,47]. W ostatnich badaniach z Camellia sinensis wyizolowano pięć nowych bliznowców smakowych zawierających cynamoil. Związki były znane jako 3-O-cynamoilepikatechina (57), (-)-6-(5"' S)

N-etylo-2-pirolidynon-3-O-cynamoilepikatechina (58), (−)-6-(5"'R)-N-etylo-2-pirolidynon{{1{{ 30}}}} O-cynamoilepikatechina (59), (-)-8-(5"'S)-N-etylo-2-pirolidynon-3-O-cynamoilepikatechina (60) i (- )-8-(5"'R)-N-etylo-2-pirolidynon-3-O-cynamoilepikatechina (61). Wszystkie bliznowce smakowe wykazywały znaczącą aktywność hamującą AChE z IC50 w zakresie od 0,126 do 1,040 µM Badanie wykazało, że pozycja C-6 była kluczowa w działaniach hamujących AChE [35].

3. Wielocelowy potencjał modulacji alkaloidów w chorobach neurodegeneracyjnych

Przez dziesięciolecia naukowcy byli mocno skoncentrowani na odkrywaniu leków, które mogą potencjalnie modyfikować postęp chorób neurodegeneracyjnych, na przykład na odkryciu inhibitorów sekretazy w oparciu o hipotezę amyloidową dotyczącą choroby Alzheimera. Niestety żaden z kandydatów nie wykazał obiecujących wyników poprawiających progresję choroby w końcowej fazie badań klinicznych. Inhibitory cholinesterazy pozostały lekami w leczeniu choroby, a dalsze badania skłaniają do zbadania potencjału alkaloidów w leczeniu stanów neurodegeneracyjnych oprócz ich aktywności cholinesterazy [48]. Pomimo silnych właściwości antycholinesterazowych, które pomagają poprawić funkcje poznawcze, przeprowadziliśmy wyszukiwanie alkaloidów w Tabeli 1, które mają potencjalne działanie hamujące cholinoesterazę i skompilowaliśmy kilka badań, które wykazały potencjał tych alkaloidów do działania na wiele innych celów, przedstawienie przeglądu wielocelowego potencjału modulacji tych związków. Nie można jednak wykluczyć, że związki o mniejszej aktywności hamującej cholinoesterazę nie są potencjalnie użyteczne w przypadku niektórych innych celów w chorobach neurodegeneracyjnych. Ta sekcja skupia się głównie na chorobie Alzheimera (AD) i chorobie Parkinsona (PD). Zbiór mechanizmów, na które działają te alkaloidy, obejmuje neuroprotekcję, neurozapalenie, neurogenezę, agregację beta-amyloidu (A) i hiperfosforylację tau.

3.1. Neuroprotekcja

Neuroprotekcja spowalnia utratę neuronów i późniejszą progresję chorób neurodegeneracyjnych różnymi szlakami, w tym zmniejszenie stresu oksydacyjnego, dysfunkcji mitochondriów, agregacji białek, stanu zapalnego, ekscytotoksyczności i apoptozy komórek [49].

Kilka badań wykazało, że harman (7), harmol (8), harmina (9), harmalina (12) i harmalol (13) należą do klasy indolo-karbolinowej (Tabela 1), wykazują potencjał neuroprotekcyjny przed uszkodzeniem neuronów. Badanie In Vitro wykazało, że 7 chroni przed toksycznością indukowaną przez H2O2-w komórkach nerwiaka niedojrzałego poprzez osłabienie zmniejszonej żywotności komórek [50]. Model ten jest związany z uszkodzeniami neuronów spowodowanymi stresem oksydacyjnym, który jest zaangażowany w rozwój choroby neurodegeneracyjnej.

12 jest szeroko stosowany do wywoływania drżenia u gryzoni, nie stwierdzono negatywnego wpływu na same komórki dopaminergiczne PC12 w stężeniu 50 µM, podobnie jak jego metabolit harmalol 13 [51]. Wynik pokrywa się z dwoma innymi badaniami, które nie wykazały toksyczności nałożonej na komórki PC12 przez same 12 i 13 [52,53]. MPP plus jest neurotoksyną dla neuronów dopaminergicznych, które są zaangażowane w chorobę Parkinsona (PD). Rola 7 w hamowaniu efektów 1-metylo-4- fenylopirydyny (MPP plus ) jest osiągana przez tłumienie mitochondrialnego potencjału transbłonowego (MMP), uwalnianie cytochromu c, aktywację kaspazy-3, reaktywne formy tlenu ( ROS) i GSH In Vitro [51–53]. Utlenianie dopaminy inicjuje różne kaskady tworzenia endogennych neurotoksyn, które przyczyniają się do neurodegeneracji [54,55]. W przypadku 12 osób wykazano, że kompensuje to toksyczne skutki utleniania dopaminy wywierane na mitochondria w mózgu Ex Vivo. Przypisuje się to właściwościom antyoksydacyjnym związku 12 poprzez utrzymywanie aktywności reduktazy tioredoksyny i hamowanie utleniania tiolu, a tym samym tworzenia produktu utleniania dopaminy [56]. Ponadto 9 i 12 enzymów antyoksydacyjnych w górę, takich jak dysmutaza ponadtlenkowa [57] i peroksydaza glutationowa (GPx) In Vitro, podczas gdy w innych badaniach zmniejszyło podniesienie ROS i utlenianie tioli, co prowadzi do wzmocnienia mechanizmu obrony antyoksydacyjnej w celu uzyskania efektu neuroprotekcyjnego [52,53,58,59].

Ponadto 9 wywarło działanie neuroprotekcyjne poprzez zwiększenie poziomu białka transportera glutaminianu-1 (GLT-1) oraz wychwyt glutaminianu zależny od GLT-1 i transportera glutaminianu asparaginianowego (GLAST) w komórkach astrogleju i w tkanka korowa myszy SOD1G93A, transgeniczny mysi model stwardnienia zanikowego bocznego [60]. Te transportery glutaminianu utrzymują niskie zewnątrzkomórkowe stężenie glutaminianu, który jest neuroprzekaźnikiem pobudzającym, przez co jego akumulacja przyczynia się do ekscytotoksyczności [61]. Co więcej, niedawny przegląd systematyczny wykazał, że 9 poprawiło pamięć i uczenie się oraz wykazał neuroprotekcyjne działanie na hipokamp w przedklinicznych modelach eksperymentalnych [62]. Był rzekomo zaangażowany w regulację w górę -1 GLT, zmniejszenie ROS, wzrost czynnika neurotroficznego pochodzenia mózgowego (BDNF) i miał działanie przeciwzapalne. W kontekście PD, 9 był ostatnio badany pod kątem jego wpływu degradacji na -synukleinę In Vitro. Układ ubikwityna-proteasom (UPS) jest jednym z systemów usuwających -synukleinę poprzez aktywność proteolityczną proteasomu i wykazano, że 9 zwiększa aktywność proteolityczną poprzez fosforylację kinazy białkowej A (PKA), a tym samym wzmacnia UPS dla klirensu -synukleiny [63, 64].

13, metabolit 9, został uwzględniony w wynikach wcześniej wspomnianych badań jako związek będący przedmiotem zainteresowania i stwierdzono, że 13 zapewnia neuroprotekcję poprzez modulowanie stresu oksydacyjnego, MMP i apoptozy In Vitro [51–53]. Odkrycia te wykazały zmniejszenie utleniania ROS i tiolu, wzrost poziomu GSH i osłabienie utraty MMP [51–53,65]. Badano również wpływ 13 na dwa procesy związane z pośredniczeniem w śmierci komórki, czyli uwalnianie cytochromu ci aktywację kaspazy-3, a 13 zmniejsza oba [51,66].

W ostatnich latach coraz większą popularność zyskują badania nad ochronnym działaniem chlorku berberyny (21), który jest alkaloidem izochinolinowym (tab. 1), na neurodegenerację. W badaniu in vivo, wstępne traktowanie 21 neurotoksyczności stymulowanej 6-hydroksydopaminą (6-OHDA), które modeluje PD u szczurów, znacząco zmniejszyło rotacje wywołane apomorfiną i utratę barwionej Nissl istoty czarnej pars compacta ( SNpc) i osłabiał redukcję immunoreaktywności hydroksylazy tyrozynowej w neuronach dopaminergicznych SNpc [67]. Badanie in vitro wykazało, że 21 wywierało właściwości neuroprotekcyjne przeciwko neurodegeneracji wywołanej stresem oksydacyjnym poprzez aktywację kaskad sygnalizacyjnych Akt/GSK, Akt/GSK3 /Nrf-2 i PI3K/Akt/Nrf2, zwiększając p-CREB, stymulując NGF i Uwalnianie BDNF, zmniejszanie translokacji jądrowej NF-κB, hamowanie TNF, COX-2, IL-1B, NF-κB i obniżanie poziomu kaspazy-1, kaspazy-3, Bax, podwyższenie Bcl-2, cyklina D1 i p53 [68]. Oprócz wyników porównywalnych z poprzednimi badaniami, Deng i zespół odnotowali 21 zmniejszenie produkcji ROS i odwrócenie redukcji MMP In Vitro i zasugerowali, że 21 wywiera działanie neuroprotekcyjne poprzez aktywację szlaku PI3K/Akt w neurotoksyczności indukowanej rotenonem [69]. Udowodniono również, że 21 chroni komórki PC-12 przed uszkodzeniem oksydacyjnym poprzez mitofagię pośredniczoną przez PI3K/AKT/mTOR [70]. Zwyrodnienie typu Wallera (WLD) jest zwyrodnieniem aksonalnym, rozciągającym się od dystalnej części aksonu do miejsca urazu i występuje w chorobach neurodegeneracyjnych [71]. Co ciekawe, odkryto, że 21 jest niekonkurencyjnym inhibitorem białka 1 zawierającego sterylny motyw alfa i Toll Interleukin Receptor Motif (SARM1), które jest kluczowym mediatorem WLD, co daje 70 procent zahamowania w pierwotnym badaniu przesiewowym [72]. . W tym samym badaniu dalej testowano jego aktywność hamującą na domenie SAM1−2TIR komórek bakteryjnych i Expi293, aby potwierdzić wyniki i uzyskać wartości IC50 odpowiednio 110 ± 10 µM i 77 ± 5 µM. Ponadto, 21 zwiększyło CYP2J2, białko, które, jak stwierdzono, chroni przed modelem PD, poprzez stymulację receptora alfa aktywowanego przez proliferatory peroksysomów (PPAR- ) In Vitro [73]. Badanie in vivo wykazało, że 21 zapobiegało hamowaniu dehydratazy kwasu aminolewulinowego (δ-ALA-D) i uszkodzeniu przekaźnictwa purynergicznego poprzez atenuację utraty aktywności NTPDazy, ADP, 50 -nukleotydazy i ADA w demencji wywołanej streptozotocyną, w której regulacja tej transmisji odgrywa rolę w przetwarzaniu pamięci [74,75]. Jednak aktywność δ-ALA-D w określonych komórkach neuronalnych wymaga dalszych badań ze względu na ograniczoną liczbę dostępnych badań.

cistanche na sprzedaż

Stymulacja aktywności hemikanałów glejowych wzmaga uwalnianie ATP i glutaminianu, które następnie indukują śmierć neuronów, podczas gdy Reticulon -3 (RTN3) gromadzi się w mózgu AD i ułatwia rozwój dystroficznych neurytów [76, 77]. Boldine (31), alkaloid aporfinowy (Tabela 1), zmniejszał aktywność astrogleju półkanałowego bez wpływu na komunikację w złączu szczelinowym, zmniejszając uwalnianie ATP i glutaminianu. Badanie in vivo wykazało 31 chronionych przed neuronalnym stresem oksydacyjnym i dystrofiami neurytycznymi otaczającymi blaszki amyloidu-beta (A ), gdzie u myszy APP/PS1 obserwowano mniejsze i mniej obszarów immunoreaktywnych neurytów dystroficznych (RIDN) RTN3 [78]. W innym badaniu, 31 rozłożony H2O2, zmniejszył degradację dezoksyrybozy za pośrednictwem żelaza i EDTA oraz tworzenie melaniny przez utlenianie dopaminy, osłabił utratę MMP, podwyższenie cytochromu C, utratę aktywności reduktazy tioredoksyny, zahamował utlenianie tiolu indukowane przez dopaminę i {{15} Utrata żywotności komórek }OHDA i PC-12 oraz aktywacja kaspazy-3 indukowana przez dopaminę [79].

Badanie in vivo wykazało, że deoksywazycyna (15), która jest alkaloidem β-karbolinowym (tab. 1), w dawce 15 mg kg-1 chroniła neurony przed uszkodzeniem wywołanym stresem oksydacyjnym. Badanie wykazało, że ilość peroksydazy glutationowej (GPx) została znacznie podwyższona po podaniu 15, co następnie wzmocniło mechanizm obrony antyoksydacyjnej w mózgu. Ponadto 15 osób było w stanie zwiększyć przeżycie nerwów poprzez podwyższenie czynnika neurotroficznego pochodzenia mózgowego (BDNF) do 45 mg kg-1 [80].

3.2. Zapalenie nerwów

Przez lata prowadzono badania mające na celu zbadanie patologii stanów neurodegeneracyjnych, a jednym z mechanizmów leżących u ich podstaw okazał się neurozapalenie. Defekt funkcji komórek odpornościowych może zapoczątkować stan zapalny w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN) i ostatecznie spowodować uszkodzenie nerwów. W szczególności ostry stan zapalny może być korzystny dla mózgu. Odwrotnie, przewlekłe zapalenie może uszkadzać mózg, promując hiperfosforylację białka tau i agregację amyloidu-beta (A ). Mechanizmy te mogą być aktywowane przez mediatory prozapalne, takie jak interleukina 1 (IL-1) i interleukina 6 (IL-6). Ponieważ stan zapalny jest ściśle związany z patologią stanów neurodegeneracyjnych, takich jak AD i PD, alkaloidy, które są w stanie zapobiegać zapaleniu układu nerwowego, mogą być w stanie złagodzić stan zapalny układu nerwowego, a także pomóc w radzeniu sobie z tymi schorzeniami [81–83].

Podkreślono, że 9 i 12 są zdolne do przeciwdziałania zapaleniu układu nerwowego. Zasugerowano, że są one w stanie zmniejszyć produkcję zapalnych cytokin, takich jak czynnik martwicy nowotworu alfa (TNF-) i mieloperoksydaza (MPO) oraz mediatorów, takich jak tlenek azotu (NO). W szczególności, 7 i 12 wykazały IC50 odpowiednio 0.08 µM i 0,26 µM wobec MPO, tym samym dowodząc ich potencjału włączenia jako środka do przeciwdziałania zapaleniu nerwów [58,59]. Ponadto badanie in vivo sugerowało, że 9 znacznie poprawiło deficyty poznawcze u szczurów z cukrzycą indukowaną chemicznie przy dawce 20 mg kg-1. W badaniu sugerowano, że cukrzyca jest ściśle związana z zaburzeniami funkcji poznawczych, a obie są związane ze stanem zapalnym. Gdy 9 podano szczurom z cukrzycą, aktywność inflamasomu NLRP3 została stłumiona, co prowadziło do wzrostu ekspresji czynnika neurotroficznego pochodzenia mózgowego (BDNF), a następnie do poprawy zdolności poznawczych [84]. Ponadto badanie in vivo wykazało, że 9 było również zdolne do przekraczania bariery krew-mózg (BBB) ​​wkrótce po przyjęciu doustnym [85].

Inny alkaloid β-karbolinowy 15 był w stanie hamować zapalenie układu nerwowego na kilka sposobów. Badanie in vivo wykazało, że 15 był w stanie zwiększyć ilość -GABA i zmniejszyć ilość glutaminianu w mózgu przy stężeniach 5 1, 15 i 45 mg kg-1. -GABA jest ważnym neuroprzekaźnikiem, który hamuje zapalenie nerwów inicjowane przez astrocyty i mikroglej poprzez hamowanie uwalniania TNF-. Poza tym produkcja TNF- , która jest cytokiną sprzyjającą stanom zapalnym, również uległa znacznemu zmniejszeniu w zależności od stężenia, gdy leczono 15 w stężeniach 5–45 mg kg-1 [80].

21 działa na wiele celów, aby poprawić warunki AD. Jednym z mechanizmów działania 21 jest łagodzenie zapalenia nerwów [86]. Na przykład badanie in vivo wykazało zmniejszenie ilości mediatorów prozapalnych, w tym COX-2, IL-12, IL-6, IL-1 i TNF- wynikające z podanie 21 w mózgu szczura AD [87]. Ponadto badanie in vivo wykazało, że 21 hamuje ekspresję podczęści p65 i fosforylację przy 50 mg kg-1. p65 jest podczęścią heterodimeru NF-κB, który jest niezbędny w modulowaniu produkcji białek zapalnych [88]. Ponadto badanie in vivo wykazało również, że 21 jest w stanie przeciwdziałać zapaleniu układu nerwowego poprzez tłumienie kaskad sygnalizacyjnych IL-6, TNF i p38 MAPK [89].

3.3. Neurogeneza

Neurogeneza dorosłych to proces, który zachodzi w strefie podziarnistej (SGZ) i strefie podkomorowej (SVZ) hipokampa w celu wytwarzania neuronów przez całe życie człowieka. Defekt w neurogenezie dorosłych może potencjalnie skutkować stanami neurodegeneracyjnymi, takimi jak choroba Alzheimera (AD), choroba Parkinsona (PD) i choroba Huntingtona (HD) [90]. Na przykład badanie in vivo wykazało, że upośledzenie neurogenezy u dorosłych mogło rozpocząć się we wczesnym stadium choroby AD, jeszcze przed powstaniem neurotoksycznych splątków neurofibrylarnych i blaszek A [91, 92].

Badanie in vitro sugerowało, że 8, 9 i 12 skutecznie indukowało neurogenezę podczas testów na komórkach progenitorowych hodowanych z SGZ i SVZ. Ponadto metabolizm 9 w organizmie ludzkim wytworzył 8 jako główny produkt. Te alkaloidy -karbolinowe były również zdolne do indukowania specjalizacji komórek neuronalnych, czego dowiodła obecność ekspresji MAP-2 i Tuj-1. W badaniu zasugerowano, że potencjał neurogenezy tych alkaloidów karbolinowych przypisywano ich działaniu hamującym wobec monoaminooksydazy [70] i DYRK1A [93].

Badanie in vitro badające potencjał neurogenezy alkaloidów aporfinowych (Tabela 1) na komórkach PC-12 wykazało, że asymilobina (33) znacząco stymuluje wzrost neurytów w komórkach PC-12, ale bez widocznego wpływu na Kodowanie ekspresji mRNA białek niezbędnych do podziału i specjalizacji komórek. Ponadto badanie wykazało również, że 33 było wysoce przenikalne przez barierę krew-mózg (BBB), co czyni go potencjalnym kandydatem na lek do leczenia stanów neurodegeneracyjnych [94].

3.4. Agregacja amyloidu beta

Amyloid beta (A) jest produktem powstałym w wyniku enzymatycznego rozkładu białka prekursorowego amyloidu (APP) przez -sekretazę i -sekretazę i sugeruje się, że A odgrywa rolę w rozwoju AD. A to peptyd, który składa się głównie z 40-42 aminokwasów i jest podatny na agregację w celu tworzenia neurotoksycznych blaszek A. Gdy blaszki A gromadzą się w mózgu, rozwiną się nieprawidłowa aktywność synaptyczna i neuronalna, powodując uszkodzenie mózgu i wywołując objawy, takie jak deficyty poznawcze i stopniowa utrata pamięci [95,96].

Dlatego zapobieganie agregacji A może pomóc w opóźnieniu progresji AD. Oprócz aktywności antycholinoesterazowej wykazywanej przez alkaloidy pochodzenia roślinnego, niektóre z nich są zdolne do hamowania agregacji A. Rada (19) i nizatydyna (20) są alkaloidami izochinolinowymi (tabela 1) i mają zdolność hamowania oligomeryzacji A .

Badanie in vitro wykazało, że 19 i 20 wykazały umiarkowane nasilenie agregacji w kierunku A, co widać na podstawie ich wartości IC50 wynoszących odpowiednio 5,56 i 1,89 µM w kierunku A . W rzeczywistości sugerowano również, że zarówno 19, jak i 20 miały najbardziej znaczącą aktywność hamującą wobec wielu celów związanych z chorobami neurodegeneracyjnymi i miały podobne struktury molekularne w porównaniu z innymi alkaloidami izochinolinowymi wyekstrahowanymi z Zanthoxylum fixedum. Dlatego zachęca się do zbadania rusztowania molekularnego związanego z ich wielokierunkową aktywnością [24]. Ponadto 21 było badanych przez lata, a przegląd doniósł, że hamuje kaskady sygnalizacyjne ERK1/2 i kinazy białkowej aktywowanej mitogenami (MAPK), w konsekwencji dezaktywując -sekretazę-1 (BACE-1) i malejące pokolenie A [86]. W rzeczywistości 21 jest sprzedawany jako produkt bez recepty, który jest spożywany doustnie w Chinach, ponieważ badania sprawdzające jego skuteczność i bezpieczeństwo po spożyciu doustnym wykazały akceptowalne wyniki. Oprócz aktywności antycholinoesterazowej, która jest porównywalna do 1 i 21, posiada również zdolność do zmniejszania agregacji A poprzez zmniejszanie tworzenia A . Badanie in vivo wykazało, że 21 był w stanie znacząco zahamować aktywność -sekretazy w mózgu AD, w konsekwencji zmniejszając tworzenie się A nawet o 40% i poprawiając objawy AD. Oprócz działania hamującego na p-sekretazę, inne badanie in vivo wykazało, że 21 wzmacniał aktywność A40, co obniżało potencjał neurotoksyczny A42 poprzez modyfikację stabilności, morfologii i rozpuszczalności A42 w celu upośledzenia agregacji A42 [87, 97]. To stwierdzenie jest dodatkowo poparte badaniem in vivo, w którym stwierdzono, że 21 w stężeniach 50 i 100 mg/kg/dzień było w stanie obniżyć aktywność Pen-2, Aph-1 i PS1 części -sekretazy i -sekretaza, w konsekwencji hamując produkcję A . Ponadto wykazano, że 21 istotnie zwiększa aktywność -sekretazy w identycznych stężeniach [98]. Badanie In Vitro dalej sugerowało, że 21 jest w stanie hamować oligomeryzację A i tworzenie włókienek [99].

3.5. Hiperfosforylacja Tau

Białko Tau (τ) odgrywa istotną rolę w stabilizacji mikrotubul neuronalnych, a tym samym wspiera strukturę neuronu i transport składników odżywczych wewnątrzkomórkowych. Kinazy, które obejmują kinazę 1A regulowaną fosforylacją tyrozyny o podwójnej swoistości (DYRK1A), kinazę syntazy glikogenu-3 (GSK-3), kinazę białkową aktywowaną Ca2 plus /kalmoduliną II i kinazę zależną od cyklin-5 (Cdk5) może indukować hiperfosforylację tau. Hiperfosforylacja białka tau prowadzi do zbijania się fosforylowanych białek tau, tworząc neurofibrylarne sploty sparowanych spiralnych włókien tau. W konsekwencji nie podtrzymują już mikrotubul w neuronie, co ostatecznie prowadzi do apoptozy neuronów, a tym samym do neurodegeneracji [100].

Stwierdzono, że 9 posiada aktywność hamującą wobec DYRK1A, co z kolei utrudnia hiperfosforylację białka tau. W badaniu In Vitro udowodniono, że 9 był silnym inhibitorem DYRK1A z IC50 około 80 nM. 9 dezaktywował DYRK1A, tym samym hamując fosforylację tau na serynie 396, a następnie redukując wszystkie trzy typy ufosforylowanych form białka tau. Zmniejszając ilość ufosforylowanego tau, harmina (9) zachowała funkcję tau, wspierając mikrotubule w neuronie, zapobiegając śmierci neuronów. Doniesiono jednak, że 9 może być neurotoksyczne w stężeniach powyżej 8 µM z powodu nadmiernego zubożenia białka tau [100].

Oprócz 9, 21 było również w stanie hamować hiperfosforylację białka tau. Chociaż należy przeprowadzić więcej badań nad faktycznym mechanizmem 21 zmniejszania hiperfosforylacji białka tau, dwa badania in vitro wykazały, że 21 jest w stanie zapobiegać hiperfosforylacji białka tau stymulowanego przez kalikulinę A w stężeniach 20 i 25 µg mL−1 poprzez zmniejszenie aktywności GSK-3 i zwiększenie aktywności fosfatazy białkowej 2A. Ponadto, odwrócenie fosforylacji tau było indukowane przez 21 w Ser262 [86,101,102]. Badanie in vivo wykazało również, że właściwości przeciwutleniające 21 mogą pomóc w hamowaniu nadekspresji białka tau i hiperfosforylacji tau w mózgu AD [87].

4. Analiza fizykochemiczna alkaloidów

Na rycinie 5 przedstawiono analizę właściwości fizykochemicznych alkaloidów uwzględnionych w niniejszym przeglądzie. Masa cząsteczkowa większości związków wynosiła poniżej 500 Da. Związki o wyższej masie cząsteczkowej obejmowały 44, 45 i alkaloidy smakowe (58-61). Tylko jeden związek łamie regułę Lipińskiego dotyczącą oddawania wiązań wodorowych, wiązań obrotowych i topologicznej powierzchni polarnej (TPSA). Co ciekawe, wszystkie związki uwzględnione w tym przeglądzie były zgodne z regułą Lipińskiego dla Log P i akceptora wiązania wodorowego (HBA). 32 związki sklasyfikowano jako wysoce rozpuszczalne, 15 związków miało umiarkowaną rozpuszczalność, a 7 związków miało niską rozpuszczalność.

5. Metoda

W badaniu tym uwzględniono wszystkie alkaloidy pochodzenia naturalnego, o których doniesiono w literaturze ze względu na ich aktywność hamującą cholinoesterazę w okresie od 2011-2020. W badaniu tym wykluczono syntetyczne alkaloidy, alkaloidy wstępnie zidentyfikowane metodą chromatografii gazowej ze spektrometrią mas (GC-MS) i chromatografią cieczową ze spektrometrią mas LCMS, o których mowa w odniesieniu do ich hamowania cholinoesterazy. Figura 1 pokazuje, że w tym przeglądzie uwzględniono 38 procent i 18,7 procent inhibitorów AChE i BuChE o wartości IC50 mniejszej lub równej 10 µM. W rezultacie 61 związków z IC50 mniejszym lub równym 10 µM z wyjątkiem 1 i 2 zostało włączonych do tekstu i przeglądu pod kątem potencjału modyfikującego chorobę, w tym hamowania amyloidu beta, hamowania hiperfosforylacji białka tau, zapalenia nerwów, neurogenezy i działania neuroprotekcyjnego. efekty. Przewidywano właściwości fizykochemiczne 59 alkaloidów (z wyjątkiem galantaminy i huperzyny A) (Instant JChem 17.10.0, 2020 ChemAxon Ltd. ).

6. Wnioski

Coraz więcej dowodów wskazuje na znaczenie alkaloidów pochodzenia naturalnego jako modulatorów chorób neurodegeneracyjnych. Chociaż alkaloidy są głównym źródłem inhibitorów AChE, odkrywana jest znaczna liczba podwójnych inhibitorów cholinesterazy i inhibitorów BuChE. Warto zauważyć, że kilka alkaloidów udokumentowanych w tym przeglądzie chroni neurony przed szkodliwymi mechanizmami, takimi jak neurozapalenie, stres oksydacyjny, ekscytotoksyczność, apoptoza, akumulacja A i fosforylacja białka tau, i można je opracować do leczenia chorób Alzheimera i Parkinsona. W szczególności 9 i 21 są potencjalnymi modulatorami w zarządzaniu postępem tych chorób. Niemniej jednak dawkowanie tych alkaloidów do stosowania w chorobach neurodegeneracyjnych pozostało niejednoznaczne. Analiza fizykochemiczna wykazała, że ​​większość alkaloidów jest zgodna z regułami Lipińskiego prawdopodobieństwa występowania leków. Bariera krew-mózg jest ważnym czynnikiem chroniącym przenikanie związków do mózgu i wymaga zwrócenia na nią dalszej uwagi. Zrozumiałe jest, że niepowodzenia związków pochodzenia naturalnego, takie jak niska wydajność ekstrakcji, zatrzymały rozwój potencjalnych kandydatów na wskazówki terapeutyczne. Potrzebny jest dalszy rozwój, aby poprawić ich przydatność jako realnych środków terapeutycznych.