教授、博士生導師。1998 年獲北京醫(yī)科大學藥學院理學學士學位，2005 年在北京大學藥學院獲得理學博士學位。在北京大學藥學院化學生物學系先后任職講師、副教授、教授。2008—2010 年，國家公派在法國奧爾良大學 ICOA 做博士后研究工作。研究方向包括：金屬催化的交叉偶聯(lián)反應；α7 nAChR、NaV1.2、TRPV 1 等離子通道靶點調(diào)節(jié)劑的設計與合成。學術獎勵包括：2010—2014 年連續(xù) 5 年獲北京大學醫(yī)學部“優(yōu)秀青年學者獎”；獲 2014 年“北京大學綠葉生物醫(yī)藥杰出青年學者獎”。主持或參加了國自然面上基金、科技部重大新藥創(chuàng)制課題子課題、國自然青年基金等課題 6 項。在 J Med Chem、Eur J Med Chem、J Org Chem 等國際期刊發(fā)表論文 40 余篇，一項 PCT 專利申請，新藥發(fā)明美國和中國授權專利各一項。

長江學者，教育部創(chuàng)新團隊帶頭人，現(xiàn)任青島大學首席教授、藥學院院長，原北京大學藥學院藥理系主任、國家重大新藥創(chuàng)制新藥靶標發(fā)現(xiàn)平臺負責人。1988—2005 年在劍橋大學、耶魯大學和美國惠氏（現(xiàn)輝瑞）制藥公司學習工作。長期從事藥物靶標的確證和基于離子通道靶標的新藥研發(fā)。在 Nature 等著名國際期刊發(fā)表論文 110 余篇，授權新藥發(fā)明專利 7 項。近 5 年作為負責人承擔國家自然科學基金委重點課題，科技部 863、973 等重大、重點項目 8 項。自 2008 年擔任國際 Frontiers in Neuroscience雜志編委，自 2011 年擔任《藥學學報》和《神經(jīng)藥理學報》雜志編委、德國 Handbook of ExperimentalPharmacology 雜志編委、中國藥理學會理事、山東藥理學會理事、北京藥學會應用藥理專業(yè)委員會副組委。獲教育部自然科學獎、國務院僑辦第二屆百名華僑華人專業(yè)人士“杰出創(chuàng)業(yè)獎”等獎勵。

王佳杰¹ ，王新童 ² ，李遠恒 ¹ ，焦文宣 ¹ ，肖浩然 ¹ ，孫崎 ^1* ，王克威 ^2,3**

（1. 北京大學藥學院 天然藥物與仿生藥物國家重點實驗室，北京 100191；2. 北京大學藥學院分子細胞與藥理學系，北京 100191；3. 青島大學藥學院藥理學系，山東 青島 266021）

[摘要] 隨著全球人口老齡化加劇，阿爾茨海默病已成為威脅人類健康的重大疾病之一。目前尚無明顯改善該病患者認知功能的藥物，是未被滿足的醫(yī)療需求和極具挑戰(zhàn)的研發(fā)方向。研究表明，增強 α7 型尼古丁乙酰膽堿受體（nAChR）功能可改善認知障礙和神經(jīng)免疫功能。與激動劑的作用方式不同，α7 正向變構調(diào)節(jié)劑（α7 PAMs）僅增強內(nèi)源性乙酰膽堿遞質(zhì)激活 nAChR 的功能，具有不易產(chǎn)生脫敏和潛在毒副作用較小的特點，是潛在治療阿爾茨海默病的新策略。結合文獻和筆者所在課題組的近期研究工作，重點介紹 α7 nAChR及其正向變構調(diào)節(jié)劑（α7 nAChR PAMs）的結構與生物學評價，以期推動能改善認知功能障礙的 α7 nAChR PAMs 的研發(fā)進程。

1阿爾茨海默病的臨床表現(xiàn)及治療困境

阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD），即老年癡呆癥，是一種進行性發(fā)展的神經(jīng)退行性疾病。其主要臨床表現(xiàn)為認知和記憶功能不斷惡化，日常生活能力進行性減退，并伴有各種神經(jīng)精神癥狀和行為障礙。隨著人口老齡化加劇，中國 AD 致死人數(shù)由 2005 年的第 8 位上升到 2017 年第 5 位，達到 45 萬人左右。2005—2017 年的 13 年間，從死因死亡數(shù)變化看，AD 致死率增長了 62.4% 。2018年 9 月，國際 AD 協(xié)會在官網(wǎng)上發(fā)布了 2018 年年度報告，2018 年的主題為“3 秒鐘”，旨在提醒人們每 3 秒將新增 1 名癡呆患者。到 2030 年，預計罹患 AD 的全球人數(shù)將超過 7 000 萬人，治療花費將高達 2 萬億美元并成為首位的醫(yī)療負擔。目前，臨床一線使用藥物為旨在增加內(nèi)源性乙酰膽堿神經(jīng)遞質(zhì)的乙酰膽堿酯酶抑制劑，如他克林、多奈哌齊、加蘭他敏等，以及 N-甲基-D-天門冬氨酸受體阻滯劑美金剛。遺憾的是這兩類藥物只能緩解輕微 AD患者的病情，同時還會導致較為嚴重的副作用，如患者容易產(chǎn)生幻覺、意識混沌、頭暈、頭痛以及疲倦等不良反應；加蘭他敏甚至可以導致 Stevens-Johnson 綜合征、急性全身發(fā)疹性膿皰病和其他較嚴重的皮膚反應（如多形性紅斑）。此外，腦細胞代謝激活劑、腦血循環(huán)促進劑等也僅用于其臨床的輔助治療。

2003—2014 年的 12 年間，幾乎所有的新藥研發(fā)都是靶向剪切 β-淀粉樣前體蛋白（β-amyloid precursor protein，APP）而產(chǎn)生Aβ 1–42 短肽的β-和γ-分泌酶。許多在早期研發(fā)階段表現(xiàn)出極具潛力的候選藥物在Ⅲ期臨床均慘遭失敗，其中包括輝瑞/強生和禮來各自投資超過 10 億美元的單抗藥物 bapineuzumab 和solanezumab 以及羅氏研發(fā)的單抗 gantenerumab。這些實驗性藥物雖然可以延緩或阻止 β-淀粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）的聚集，但對患者的認知或者記憶并無益處。有關 AD 的 Aβ 假說也因此受到質(zhì)疑。一項發(fā)表于 2016 年的研究提示從源頭上減少 Aβ 似乎并不能有效地治療 AD，該研究發(fā)現(xiàn)，Aβ 是大腦感染后的免疫應激反應；Aβ 在大腦細胞

組織中扮演有益的角色，而非破壞者；Aβ 將入侵大腦的病毒、細菌和真菌等包裹起來，并將有害的病原體聚集成塊兒，防止它們感染傷害大腦。

2阿爾茨海默病的治療新學說及臨床藥物研

究進展

近 5 年來，出現(xiàn)了 AD 的多種致病學說或治療策略，給處于“嚴冬”中的 AD 治療藥物研發(fā)帶來了機遇和一線希望。這些學說包括：1）tau 蛋白磷酸化。研究提示，tau 蛋白磷酸化起初對神經(jīng)元具有保護作用，而 Aβ 攻擊 tau 蛋白的保護功能直到其功能逐漸喪失。研究人員發(fā)現(xiàn)，激酶 p38γ 的蛋白協(xié)助 tau 蛋白發(fā)生保護性的磷酸化修飾和干擾 Aβ 產(chǎn)生的毒性。2）基因突變學說。在 TREM2 和 CD33 基因突變的基礎上，科學家還發(fā)現(xiàn)早發(fā)型 AD 與 21號染色體上的基因有關，特別是 APP 基因和位于 1號、14 號上的 PS1 和 PS2（早老素）基因 。3）腦膜淋巴管功能障礙。AD 小鼠中發(fā)現(xiàn)了腦膜淋巴管障礙，因此，腦膜淋巴管有望成為預防和治療AD 的理想靶標之一。4）病毒感染學說。Dudley教授團隊在 AD 患者大腦樣本中發(fā)現(xiàn)，人類皰疹病毒（HHV）6A 和 7 的水平明顯上升，且與 AD 呈正相關。5）細菌感染學說。加州大學舊金山分校的 Stephen Dominy 博士領導的團隊發(fā)現(xiàn)，引起牙周炎的牙齦卟啉菌同樣會導致 AD。在該研究中，研究者先是在 AD 患者的大腦中檢測到了牙齦卟啉菌的存在，又通過小鼠實驗證實牙齦卟啉菌進入大腦后釋放牙齦蛋白酶。牙齦蛋白酶具有幫助細菌定植、壓制宿主免疫系統(tǒng)以及破壞組織等多種作用，并對很多細胞具有毒性。6）運動學說。科學家們通過研究鑒別出了一種運動相關的激素——鳶尾素（irisin）。研究者表示，鳶尾素是一種因運動/鍛煉而產(chǎn)生的機體激素，其在大腦功能上扮演著關鍵角色，AD 患者機體中攜帶的鳶尾素水平較低，該激素或能幫助有效減緩 AD 的進展。7）Aβ 堵塞細胞間隙誘發(fā) AD 。科學家通過磁示蹤成像技術研究發(fā)現(xiàn)，Aβ 的聚集可導致腦部神經(jīng)元周圍微環(huán)境阻塞，誘發(fā)其細胞間隙內(nèi)的類淋巴液流動困難，致使代謝廢物、激素、營養(yǎng)物質(zhì)等無法順利在細胞周圍進行交換，失去應有的功能，從而造成深層海馬神經(jīng)元死亡，空間記憶缺失。同時研究還證實，應用納米紅光粉碎在腦中由Aβ沉積而成的老年斑，可再次疏通細胞外間隙，恢復細胞間液的流動，從而挽救受損的記憶。8）腸道菌群紊亂導致的老年癡呆。研究人員發(fā)現(xiàn)，AD 模型小鼠的腸道細菌組成明顯不同于健康小鼠，調(diào)節(jié)腸道菌群極有可能成為預防和延緩 AD 的新方法。9）小膠質(zhì)細胞參與引起免疫系統(tǒng)失衡而導致的慢性神經(jīng)炎癥。小膠質(zhì)細胞是胚胎造血起源的中樞神經(jīng)系統(tǒng)常駐髓細胞。與大多數(shù)組織巨噬細胞一樣，小膠質(zhì)細胞會尋找大腦中的病原體，并支持中樞神經(jīng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和可塑性。截至目前，有證據(jù)表明小膠質(zhì)細胞在 AD發(fā)病機制中既可發(fā)揮有益作用也會帶來有害作用。在 AD 早期，它們可以監(jiān)控并清除死細胞及具有毒性的 β-樣淀粉斑和 tau 結，但到了 AD 后期，慢性發(fā)炎的小膠質(zhì)細胞可能在清除碎屑方面變得失去效力，反而噴出有害的細胞因子來破壞附近的神經(jīng)元，這無疑會加重 AD 的癥狀。

相對于其他新的學說，調(diào)節(jié)腸道菌群治療 AD的藥物研發(fā)取得了突破性的進展。2018 年 7 月，由中國海洋大學管華詩院士團隊、中國科學院上海藥物研究所耿美玉教授團隊和上海綠谷制藥聯(lián)合研發(fā)的甘露寡糖二酸（GV-971）在中國完成了Ⅲ期臨床試驗，其可以通過調(diào)節(jié)腸道菌群失衡、重塑機體免疫穩(wěn)態(tài)，進而降低腦內(nèi)神經(jīng)炎癥，阻止 AD 病程進展。2019 年下半年，GV-971 雖在中國獲批上市，但其療效仍需進行長時間臨床觀察和統(tǒng)計。此外，目前處于美國Ⅱ、Ⅲ期臨床的多個小分子藥物，如色甘酸 - 布洛芬的組合（ALZT-OP1）、表沒食子兒茶素沒食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG）、米諾環(huán)素（minocycline）、VX-745（neflamapimod）、吡格列酮（pioglitazone）、沙利度胺（thalidomide）等，其抗 AD 活性均與抑制神經(jīng)炎癥的作用機制相關。

目前，從Ⅱ、Ⅲ期臨床試驗階段的藥物的作用機制看，提高認知癥狀是 AD 治療藥物研發(fā)的活躍領域（見圖 1 紫色部分）。

3 α7型尼古丁乙酰膽堿受體變構調(diào)節(jié)劑及其改善認知障礙作用

3.1 α7 型尼古丁乙酰膽堿受體特點及調(diào)節(jié)劑的類型

α7 型尼古丁乙酰膽堿受體（α7 nAChR）是同源五聚體跨膜蛋白組成的配體門控離子通道超家族的成員，該超家族類似的受體還包括 5-羥色胺（5-HT 3 ）受體和 GABA A 等受體。α7 受體具有高鈣離子通透性（PCa∶PNa 約為 10），調(diào)節(jié)鈣的活化和乙酰膽堿遞質(zhì)的釋放，直接影響認知和記憶功能。α7 nAChR 分布在海馬和相關皮層，敲除 α7 nAChR會導致小鼠注意力不集中和學習能力下降等現(xiàn)象。

基于 AD 致病機制的膽堿能缺陷假說，提高膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)的功能仍是目前抗 AD 藥物研發(fā)的主要策略，體現(xiàn)在增強膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)的功能靶向α7 nAChR 的新型激動劑和正向變構調(diào)節(jié)劑的研發(fā)。

EVP-6124 是選擇性部分激動 α7 nAChR 的最具代表性化合物，其在大鼠模型中能很好地透過血腦屏障，在其治療精神分裂癥的Ⅱ期臨床試驗中顯示了明顯改善認知功能和陰性癥狀（如感情淡漠、思維混亂等）的功效。但Ⅲ期臨床試驗結果表明，EVP-6124 在提高試驗對象的認知水平方面并未表現(xiàn)出比安慰劑更好的效果。2015 年 9 月 FDA 在對其治療 AD 的Ⅲ期臨床試驗中報告了胃腸道副作用，2016 年 3 月 24 日，F(xiàn)ORUM Pharmaceuticals 公司正式宣布其Ⅲ期臨床試驗失敗，研發(fā)終止。

研究人員于 1965 年初次提出了變構調(diào)節(jié)的概念，用來解釋抑制劑不是底物空間類似物時特定酶在代謝途徑活性的反饋抑制。1965 年，科學家們發(fā)現(xiàn)可以將 Monod-Wyman-Changeux（MWC）模型（見圖 2 [31] ）應用于神經(jīng)遞質(zhì)受體。從藥理學角度來看，受體可被認為具有 3 個關鍵的結合位點（見圖 2 ）：1）內(nèi)源或合成激動劑、競爭性拮抗劑結合的正構位點（orthosteric sites）；2）生物活性位點；3）變構位點（allosteric sites）。

對于 α7 nAChR，正構位點區(qū)別于變構位點，激動劑或部分激動劑必須與受體結合且使受體產(chǎn)生離子傳導的構象；與變構位點結合的配體則不能單獨激活受體，而是通過改變與功能構象相關的能量屏障來調(diào)節(jié)激動劑誘發(fā)的反應。即變構調(diào)節(jié)劑與受體結合后不會使通道開放，而在激動劑存在的情況下會調(diào)節(jié)受體的開放程度，表現(xiàn)在電生理上即對激動劑引發(fā)的電流大小產(chǎn)生影響。根據(jù)影響的方向可將變構調(diào)節(jié)劑分為正向變構調(diào)節(jié)劑（positive allosteric modulator，PAM）、負向變構調(diào)節(jié)劑（negative allosteric modulator，NAM， 即非競爭性抑制劑）和沉默變構調(diào)節(jié)劑（silence allostericmodulator，SAM）。SAM 本身對激動劑的電流沒有調(diào)節(jié)作用，但是由于和 PAM、NAM 等競爭變構調(diào)節(jié)位點，因此可以減弱或屏蔽 PAM、NAM 的變構調(diào)節(jié)作用。此處只介紹 α7 nAChR 正向變構調(diào)節(jié)劑（α7 nAChR PAMs）。

不同于激動劑，α7 nAChR PAMs 通過內(nèi)源性遞質(zhì)提高受體的功能表達。由于其不直接作用于受體，不易產(chǎn)生脫敏現(xiàn)象，潛在的毒副作用也會大大下降。根據(jù)文獻，α7 nAChR PAMs 具有增加學習記憶的作用。實驗表明：缺乏 α7 nAChR 亞基的小鼠與含有該亞基小鼠的對照組相比，在水迷宮實驗中學習記憶能力降低。

根據(jù)目前的文獻報道，α7 nAChR PAMs 可分為Ⅰ型和Ⅱ型兩類。Ⅰ型 PAM 只會增大 α7 電流的峰值，并不會影響通道的脫敏速度；而Ⅱ型 PAM 不僅會增大 α7 電流峰值，還會減緩 α7 nAChR 脫敏速度，延長通道的開放時間（見圖 3 ）。Ⅱ型 PAM呈現(xiàn)緩慢的反應衰減動力學特征，甚至能夠激動已被高濃度激動劑作用脫敏的受體。目前能進入臨床研究階段的基本都是Ⅰ型 PAM，Ⅱ型 PAM 由于導致 α7 nAChR 過度開放而產(chǎn)生神經(jīng)細胞毒性，因而很難進入臨床研究階段。另外，隨著不斷的探索，目前還確定了作用效果介于二者之間的 PAM 。

目前對于PAM的變構調(diào)節(jié)機制有很多種解釋，其中一種解釋是，PAM 降低了 α7 nAChR 關閉態(tài)和開放態(tài)之間的能壘，因此通道更容易從關閉態(tài)進入開放態(tài)，即 α7 nAChR 對 ACh 更敏感，圖 4中實線和虛線分別代表無 PAM 和有 PAM 作用下α7 nAChR 的關閉態(tài)和開放態(tài)之間的能壘。大圓點代表激動劑，小圓點表示通道通透的陽離子。另一種解釋是，如圖 5 所示，PAM 可以使 α7 nAChR 的脫敏態(tài)時的構象變得不穩(wěn)定，因此通道更傾向于處于開放態(tài)的構象。

3.2 α7 型 尼古丁乙酰膽堿受體參與的神經(jīng)抗炎機制研究

α7 nAChR 也分布于中樞神經(jīng)的免疫細胞中，其中包括小膠質(zhì)細胞。小膠質(zhì)細胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要的免疫效應細胞和數(shù)量最多的“巨噬細胞”，具有內(nèi)源性免疫防御功能，約占腦內(nèi)所有膠質(zhì)細胞的 5% ~ 20%（見圖 6 ）。小膠質(zhì)細胞具有分泌炎性因子、細胞因子和神經(jīng)營養(yǎng)因子等作用，參與腦內(nèi)的先天性免疫應答，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)抵御外界刺激的第一道防線。活化的小神經(jīng)膠質(zhì)細胞可以通過釋放自由基、細胞因子和毒性因子引起神經(jīng)元直接或間接損傷，從而加重了炎癥反應的強度。Tracey最早系統(tǒng)闡明了關于 α7 nAChR在炎癥中的作用，提出了膽堿能抗炎途徑是免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)之間的潛在聯(lián)系（見圖 7）。激動α7 nAChR 的活性可以抑制神經(jīng)炎癥，靶向神經(jīng)炎癥中的免疫機制通路可能成為未來治療或預防 AD的策略。

3.3 α7 型 尼古丁乙酰膽堿受體正向變構調(diào)節(jié)劑的結構及活性

近年來，科研工作者們致力于探尋活性高且毒性低的 α7 nAChR PAMs， 最 初 發(fā) 現(xiàn) 的 I 型 α7nAChR PAM 多來源于現(xiàn)有的、具有其他活性和機制的化合物（1a ~ 1d，見圖 8），抗寄生蟲藥 1a（伊維菌素，IVM）是首個被定義為 α7 nAChR PAM 的化合物，其可增強 ACh 的最大電流并稍稍減少脫敏時長。隨后乙酰膽堿酯酶抑制劑 1b（加蘭他敏）被報道可以增強 ACh 對 α7 nAChR 的效應電流。“第 1 代”α7 nAChR PAM 普遍缺少理想的效能、作用強度及選擇性。例如，IVM 無受體亞型選擇性；加蘭他敏僅有較弱的 PAM 作用且無選擇性，并且通過抑制乙酰膽堿酯酶發(fā)揮的雙重機制發(fā)揮改善認知的作用；化合物 1c（5-羥色胺）PAM 作用較弱且需要較高的濃度（1 ~ 20 mmol · L -1 ）來增強激動劑電流，并同時調(diào)節(jié) 5-HT 3 受體；黃酮類酪氨酸激酶抑制劑 1d（金雀異黃素）的選擇性與活性也并不理想。

為改善“第 1 代”PAM 的不足，越來越多的具有不同作用強度和選擇性的小分子被相繼報道（2aa ~ 2ak，見表 1）。

化合物 2aa（PNU-120596）是目前研究較充分的首個選擇性脲類Ⅱ型 α7 nAChR PAM，由輝瑞公司開發(fā)，Emax 為 625%±165%。體內(nèi)研究顯示，該化合物可以改善由苯丙胺誘發(fā)的大鼠感覺門控障礙，改善在嚙齒類短期認知記憶模型中的表現(xiàn)，并且增加 cAMP 反應元件結合蛋白的磷酸化（cAMPresponse element-binding protein，CREB），這一生化過程被公認為與學習和記憶有關。然而，通過實驗結果可以看出盡管 PNU-120596 增強了乙酰膽堿酯酶抑制劑在嚙齒類動物和非人類靈長類動物中的認知作用，但由于鈣離子流入過多而導致其具有潛在的毒性作用，因此無法進入臨床試驗。

Timmermann 等針對是否具有 α7 nAChR 的變構調(diào)節(jié)活性，對幾千個化合物進行篩選，得到化合物2ab（NS-1738）， 其 EC50 為 3.4 μmol · L-1；Emax為 322%，是一個典型的雙芳基脲類衍生物，對α7 nAChR 表現(xiàn)為 I 型 PAM。化合物 2aa 與 2ab 同為脲類衍生物，但與化合物 2aa 不同的是，化合物 2ab對 α7 nAChR 的脫敏動力學僅展現(xiàn)出邊緣的影響，表明這些分子可能有不同的作用機制或位點，同時化合物 2ab 在緩解東莨菪堿引起的認知功能障礙時可增強激動劑效力。2-氨基-5 酮噻唑類衍生物 2ac（LY2087101）為 I 型 PAM ；四氫喹啉類衍生物 2ad（TQS）與化合物 2aa 同為Ⅱ型 PAM，其 pEC50 為 5.5，Emax 為 418%±25%。但是將化合物 2ad 中的萘基轉(zhuǎn)變?yōu)?4-溴-苯基后得到的化合物 2ae（4BP-TQS），其 EC50 為 17 μmol·L-1，Emax 為 4 500%±800%，說明取代基的體積大小對于 PAM 活性具有一定的影響，體積小的取代基對于 α7 nAchR 的親和力更強，活性更強，這為今后的結構修飾提供了思路。

來自加利福尼亞大學歐文分校的研究人員從一個GABAA 受體 PAM 類似物的小型化合物庫中篩選出了具有高度選擇性的 I 型 PAM——化合物 2af（CCMI或 AVL3288），通過雙電極電壓鉗測得其 EC50 為 0.7μmol·L-1，Emax 為 900%，并且在嚙齒類動物模型中，該化合物可以在存在或不存在激動劑的情況下使用，不僅能糾正感覺缺陷而且還能改善認知能力。2017年，化合物 2af 進入針對精神分裂癥的 I 期臨床試驗，這表明 I 型 PAM 可以安全地應用于人類，并且對神經(jīng)認知產(chǎn)生潛在的積極作用。文獻報道的其他 PAM還包括：1）化合物 2ag（SB-206553），其最初作為 5-HT2B 和 5-HT2C 的拮抗劑被研究，后來發(fā)現(xiàn)其能通過 I 型 PAM 的機制逆轉(zhuǎn)由地卓西平（dizocilpine，MK-801）誘導的前脈沖抑制（PPI）聽覺門控缺陷；2）化合物 2ah（JNJ-1930942，Ⅱ型 PAM），其 EC50為 1.9 μmol·L-1；Emax 為 2 100%±500%。

化合物 2aa（Ⅱ型 PAM）與化合物 2ab（I 型PAM）同屬于脲類 α7 nAChR PAM，但作用類型不同，這種現(xiàn)象也體現(xiàn)在 2-芳氨基噻唑類化合物 2ac（I 型 PAM）和 2ah（Ⅱ型 PAM）上。說明 I 型和Ⅱ型 PAM 的作用位點結構非常類似，保持相同母核而改變不同取代基，可以開發(fā)不同類型的變構調(diào)節(jié)劑，作用類型可通過電生理信號或單通道膜片鉗記錄來確定。此外，表 1 中化合物 2ak（A-867744）于 2009 年被發(fā)現(xiàn)，起初研究人員只是單純地認為其是Ⅱ型 PAM，但隨著近年不斷地深入研究，發(fā)現(xiàn)其在長時間使用時表現(xiàn)為Ⅱ型 PAM，但同時其也能像I 型 PAM 那樣，以毫秒級的精確度跟蹤短暫的激動劑釋放脈沖。從治療角度看，化合物 2ak 的特殊性似乎很有利，因為其具有一定 I 型 PAM 的性質(zhì)使其在安全性方面比起常規(guī)的Ⅱ型 PAM 要高，但是科研工作者隨后證明了在激動劑濃度的生理時空模式下Ⅱ型 PAM 的作用可能存在很大差異，也就是說，當利用 α7 nAChR 的 PAM 作為前瞻性藥物進行開發(fā)時，有必要對作用機制進行更詳細的研究。

盡管這些“第 2 代”PAM 在大體上提供了一定的效用和療效，但是一些 PAMs 依然缺少 α7 受體選擇性。例如，化合物 2af 來自 GABA 化合物庫，2ag 是 5-HT2B 或 5-HT2C 受體拮抗劑，2ac 同時也是α4β2 nAChR 和 α4β4 nAChR 的 PAM；此外，化合物 2ab、2ad、2ak 展現(xiàn)出對 α4β2 nAChR 和 α3β4nAChR 的抑制作用。增加 PAM 對 α7 nAChR 的選擇性也將成為未來研究的主要方向之一。

4 筆者課題組在 α7 型尼古丁乙酰膽堿受體正 向變構調(diào)節(jié)劑研發(fā)方面的進展 

筆者利用課題組發(fā)展的 10 余個新穎的多組分反應和金屬催化偶聯(lián)反應，合成了結構新穎的噻唑并雜環(huán)類化合物等。對噻唑環(huán)及環(huán)上 2- 位的烷硫基簡單修飾之后，構建了一定種類和數(shù)量的化合物庫。隨后經(jīng)離子通道靶點平臺篩選，發(fā)現(xiàn)結構新穎的苗頭化合物 3aa（LD486），并在其具有α7 nAChR PAM 活性的基礎上，以噻唑 [4，5-d] 嘧啶-7(6H)-酮為母核進行了結構優(yōu)化，合成了多個系列近百個衍生物（見圖 9）。利用雙電極電壓鉗的實驗手段，將人源 α7 nAChR 表達于非洲爪蟾卵母細胞中，以 100 μmol · L-1 的乙酰膽堿（ACh）溶液激活 α7 受體，統(tǒng)計給予 10 μmol· L-1 待篩選化合物溶液前后，α7 受體尖端電流（即 α7 電流最大信號）的變化百分比，由此評估待篩選化合物的 α7 nAChR的 PAM 活性強弱。其中化合物 3ea（JWX-A1223）在 ACh 濃度為 100 μmol· L-1 時的最大電流信號增加 1 633%±87%（n = 5，見圖 10A），該化合物的EC50 為（1.26±0.18） μmol·L-1（n=5），Hill 系數(shù)（nH）為 1.85 ± 0.24（n=5，見表 2）。

靶點選擇性研究發(fā)現(xiàn)，化合物 3ea 對其他亞型α3β4 nAChR、α4β2 nAChR 和 5-HT3A 無 結 合（ 見圖 10B），具有專一性強的優(yōu)點。另外，初步毒性研究發(fā)現(xiàn)，該化合物無明顯的心臟 hERG（humanEther-a-go-go-Related-Gene，一種表達于心肌細胞的、具有快速激活延遲整流特性的鉀離子通道，在心肌動作電位復極過程中發(fā)揮重要作用）通道抑制作用。藥動學和血腦屏障透過實驗發(fā)現(xiàn)，其腦組織分布濃度是血漿中的 2 倍以上。精神分裂癥模型小鼠的 PPI 實驗表明，化合物 3ea 可以濃度依賴性地（劑量為 0.1~1.0 mg·kg-1）恢復 0.1 mg·kg-1 MK-801 所造成的聽覺門控失調(diào)（見圖 11）。化合物 3ea 作為 α7nAChR 的 PAM，活性好、專一性好、作用部位集中，無明顯針對 hERG 的心臟安全性風險，且在動物實驗中也展現(xiàn)了針對小鼠精神分裂癥模型較好的恢復作用，這對于后續(xù)該母核的進一步結構改造以及靶向α7 nAChR 的正向變構調(diào)節(jié)劑類藥物的研究都有著重要的意義。目前該研究結果已發(fā)表在權威藥物化學雜志 Journal of Medicinal Chemistry 上，并在其 2019 年第 1 期專刊——“變構調(diào)節(jié)劑”上發(fā)表。此外，筆者課題組還對候選藥物 3ea 進行了成藥性評價，申請了中國專利和國際PCT專利并獲美國專利授權。

此外，筆者課題組最初對苗頭化合物 4 進行修飾，發(fā)現(xiàn)將母核換為吡啶環(huán)時化合物 5 的 PAM 活性顯著提高，而這種結構又是煙酰胺類似物 6（維生素 B3 酰胺化后的形式），通過對其結構修飾，開發(fā)了一系列新的化合物 7；利用相同的雙電極電壓鉗手段評價后發(fā)現(xiàn)，該系列化合物為 α7 nAChR的 I 型 PAM（見圖 12）。其中化合物 7ai 活性較強[EC50 =（3.34±1.13）μmol·L-1]，在 100 μmol·L-1 Ach作用下，α7 電流的最大電流信號為 1 474%±246%（見圖 13 及表 2）；相對于其他 nAChR 和 5-HT3A受體亞型，其對 α7 nAChR 具有高度特異性（見圖13B）。綜上所述，通過對不同的苗頭化合物進行深入的分析和母核改造，筆者課題組得到了以化合物 3ea 和 7ai 為代表的兩類不同母核的 α7 nAChR的Ⅰ型 PAM。除化合物 3ea 系列的噻唑 [4，5-d] 嘧啶-7(6H)-酮母核外，活性好、作用受體單一的化合物 7ai 也為筆者課題組后續(xù)對于靶向于 α7 nAChR的吡啶并嘧啶酮類母核的研發(fā)提供了新的思路。目前該研究結果已發(fā)表在 Bioorganic & MedicinalChemistry Letters 上。

5結語與展望

老年癡呆病的發(fā)病學說和新藥研發(fā)是當前研究熱點并充滿挑戰(zhàn)。近年來，靶向于 α7 nAChR 提高學習認知能力、改善老年癡呆病癥狀，已逐漸成為新的研發(fā)共識。 

鑒于膽堿受體-神經(jīng)抗炎通路對抗老年癡呆病的協(xié)同作用和筆者課題組對此研究領域的深入認識，筆者課題組未來的工作將集中在以下 2 個方面：1）系統(tǒng)確證 α7 nAChR 正向變構調(diào)節(jié)劑是否發(fā)揮既能增強學習記憶能力又降低神經(jīng)炎癥的作用，而成為治療老年癡呆的一種有效策略或方案；2）完成 1 ~ 2個新型噻唑 [4，5-d] 嘧啶-7(6H)-酮類小分子候選化合物的臨床前研究，并推動進入臨床試驗用于改善老年癡呆癥的認知障礙功能。

● 想回顧《藥學進展》編委會主辦和協(xié)辦過的精彩活動嗎？請戳這里！

→ 

→ 

→ 

→ 

→ 

→ 

→ 

→  

→  

→  

點一下你會更好看耶