教授、博士生導(dǎo)師。1998 年獲北京醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院理學(xué)學(xué)士學(xué)位，2005 年在北京大學(xué)藥學(xué)院獲得理學(xué)博士學(xué)位。在北京大學(xué)藥學(xué)院化學(xué)生物學(xué)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(xué) 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(yīng)；α7 nAChR、NaV1.2、TRPV 1 等離子通道靶點(diǎn)調(diào)節(jié)劑的設(shè)計(jì)與合成。學(xué)術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)包括：2010—2014 年連續(xù) 5 年獲北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部“優(yōu)秀青年學(xué)者獎(jiǎng)”；獲 2014 年“北京大學(xué)綠葉生物醫(yī)藥杰出青年學(xué)者獎(jiǎng)”。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(xiàng)。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(xiàng) PCT 專利申請(qǐng)，新藥發(fā)明美國和中國授權(quán)專利各一項(xiàng)。

長江學(xué)者，教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人，現(xiàn)任青島大學(xué)首席教授、藥學(xué)院院長，原北京大學(xué)藥學(xué)院藥理系主任、國家重大新藥創(chuàng)制新藥靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)平臺(tái)負(fù)責(zé)人。1988—2005 年在劍橋大學(xué)、耶魯大學(xué)和美國惠氏（現(xiàn)輝瑞）制藥公司學(xué)習(xí)工作。長期從事藥物靶標(biāo)的確證和基于離子通道靶標(biāo)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(quán)新藥發(fā)明專利 7 項(xiàng)。近 5 年作為負(fù)責(zé)人承擔(dān)國家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)課題，科技部 863、973 等重大、重點(diǎn)項(xiàng)目 8 項(xiàng)。自 2008 年擔(dān)任國際 Frontiers in Neuroscience雜志編委，自 2011 年擔(dān)任《藥學(xué)學(xué)報(bào)》和《神經(jīng)藥理學(xué)報(bào)》雜志編委、德國 Handbook of ExperimentalPharmacology 雜志編委、中國藥理學(xué)會(huì)理事、山東藥理學(xué)會(huì)理事、北京藥學(xué)會(huì)應(yīng)用藥理專業(yè)委員會(huì)副組委。獲教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)、國務(wù)院僑辦第二屆百名華僑華人專業(yè)人士“杰出創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)”等獎(jiǎng)勵(lì)。

王佳杰¹ ，王新童 ² ，李遠(yuǎn)恒 ¹ ，焦文宣 ¹ ，肖浩然 ¹ ，孫崎 ^1* ，王克威 ^2,3**

（1. 北京大學(xué)藥學(xué)院 天然藥物與仿生藥物國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100191；2. 北京大學(xué)藥學(xué)院分子細(xì)胞與藥理學(xué)系，北京 100191；3. 青島大學(xué)藥學(xué)院藥理學(xué)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(rèn)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(qiáng) α7 型尼古丁乙酰膽堿受體（nAChR）功能可改善認(rèn)知障礙和神經(jīng)免疫功能。與激動(dòng)劑的作用方式不同，α7 正向變構(gòu)調(diào)節(jié)劑（α7 PAMs）僅增強(qiáng)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(diǎn)，是潛在治療阿爾茨海默病的新策略。結(jié)合文獻(xiàn)和筆者所在課題組的近期研究工作，重點(diǎn)介紹 α7 nAChR及其正向變構(gòu)調(diào)節(jié)劑（α7 nAChR PAMs）的結(jié)構(gòu)與生物學(xué)評(píng)價(jià)，以期推動(dòng)能改善認(rèn)知功能障礙的 α7 nAChR PAMs 的研發(fā)進(jìn)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(jìn)行性發(fā)展的神經(jīng)退行性疾病。其主要臨床表現(xiàn)為認(rèn)知和記憶功能不斷惡化，日常生活能力進(jìn)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(dá)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(huì)在官網(wǎng)上發(fā)布了 2018 年年度報(bào)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(yù)計(jì)罹患 AD 的全球人數(shù)將超過 7 000 萬人，治療花費(fèi)將高達(dá) 2 萬億美元并成為首位的醫(yī)療負(fù)擔(dān)。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(shí)還會(huì)導(dǎo)致較為嚴(yán)重的副作用，如患者容易產(chǎn)生幻覺、意識(shí)混沌、頭暈、頭痛以及疲倦等不良反應(yīng)；加蘭他敏甚至可以導(dǎo)致 Stevens-Johnson 綜合征、急性全身發(fā)疹性膿皰病和其他較嚴(yán)重的皮膚反應(yīng)（如多形性紅斑）。此外，腦細(xì)胞代謝激活劑、腦血循環(huán)促進(jìn)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(duì)患者的認(rèn)知或者記憶并無益處。有關(guān) AD 的 Aβ 假說也因此受到質(zhì)疑。一項(xiàng)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(yīng)激反應(yīng)；Aβ 在大腦細(xì)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(xì)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(xué)說及臨床藥物研

究進(jìn)展

近 5 年來，出現(xiàn)了 AD 的多種致病學(xué)說或治療策略，給處于“嚴(yán)冬”中的 AD 治療藥物研發(fā)帶來了機(jī)遇和一線希望。這些學(xué)說包括：1）tau 蛋白磷酸化。研究提示，tau 蛋白磷酸化起初對(duì)神經(jīng)元具有保護(hù)作用，而 Aβ 攻擊 tau 蛋白的保護(hù)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(hù)性的磷酸化修飾和干擾 Aβ 產(chǎn)生的毒性。2）基因突變學(xué)說。在 TREM2 和 CD33 基因突變的基礎(chǔ)上，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)早發(fā)型 AD 與 21號(hào)染色體上的基因有關(guān)，特別是 APP 基因和位于 1號(hào)、14 號(hào)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(yù)防和治療AD 的理想靶標(biāo)之一。4）病毒感染學(xué)說。Dudley教授團(tuán)隊(duì)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(guān)。5）細(xì)菌感染學(xué)說。加州大學(xué)舊金山分校的 Stephen Dominy 博士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，引起牙周炎的牙齦卟啉菌同樣會(huì)導(dǎo)致 AD。在該研究中，研究者先是在 AD 患者的大腦中檢測(cè)到了牙齦卟啉菌的存在，又通過小鼠實(shí)驗(yàn)證實(shí)牙齦卟啉菌進(jìn)入大腦后釋放牙齦蛋白酶。牙齦蛋白酶具有幫助細(xì)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(duì)很多細(xì)胞具有毒性。6）運(yùn)動(dòng)學(xué)說。科學(xué)家們通過研究鑒別出了一種運(yùn)動(dòng)相關(guān)的激素——鳶尾素（irisin）。研究者表示，鳶尾素是一種因運(yùn)動(dòng)/鍛煉而產(chǎn)生的機(jī)體激素，其在大腦功能上扮演著關(guān)鍵角色，AD 患者機(jī)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(jìn)展。7）Aβ 堵塞細(xì)胞間隙誘發(fā) AD 。科學(xué)家通過磁示蹤成像技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，Aβ 的聚集可導(dǎo)致腦部神經(jīng)元周圍微環(huán)境阻塞，誘發(fā)其細(xì)胞間隙內(nèi)的類淋巴液流動(dòng)困難，致使代謝廢物、激素、營養(yǎng)物質(zhì)等無法順利在細(xì)胞周圍進(jìn)行交換，失去應(yīng)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(shí)研究還證實(shí)，應(yīng)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(xì)胞外間隙，恢復(fù)細(xì)胞間液的流動(dòng)，從而挽救受損的記憶。8）腸道菌群紊亂導(dǎo)致的老年癡呆。研究人員發(fā)現(xiàn)，AD 模型小鼠的腸道細(xì)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(yù)防和延緩 AD 的新方法。9）小膠質(zhì)細(xì)胞參與引起免疫系統(tǒng)失衡而導(dǎo)致的慢性神經(jīng)炎癥。小膠質(zhì)細(xì)胞是胚胎造血起源的中樞神經(jīng)系統(tǒng)常駐髓細(xì)胞。與大多數(shù)組織巨噬細(xì)胞一樣，小膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)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(xì)胞在 AD發(fā)病機(jī)制中既可發(fā)揮有益作用也會(huì)帶來有害作用。在 AD 早期，它們可以監(jiān)控并清除死細(xì)胞及具有毒性的 β-樣淀粉斑和 tau 結(jié)，但到了 AD 后期，慢性發(fā)炎的小膠質(zhì)細(xì)胞可能在清除碎屑方面變得失去效力，反而噴出有害的細(xì)胞因子來破壞附近的神經(jīng)元，這無疑會(huì)加重 AD 的癥狀。

相對(duì)于其他新的學(xué)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(jìn)展。2018 年 7 月，由中國海洋大學(xué)管華詩院士團(tuán)隊(duì)、中國科學(xué)院上海藥物研究所耿美玉教授團(tuán)隊(duì)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(yàn)，其可以通過調(diào)節(jié)腸道菌群失衡、重塑機(jī)體免疫穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而降低腦內(nèi)神經(jīng)炎癥，阻止 AD 病程進(jìn)展。2019 年下半年，GV-971 雖在中國獲批上市，但其療效仍需進(jìn)行長時(shí)間臨床觀察和統(tǒng)計(jì)。此外，目前處于美國Ⅱ、Ⅲ期臨床的多個(gè)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(jī)制相關(guān)。

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

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

3.1 α7 型尼古丁乙酰膽堿受體特點(diǎn)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(rèn)知和記憶功能。α7 nAChR 分布在海馬和相關(guān)皮層，敲除 α7 nAChR會(huì)導(dǎo)致小鼠注意力不集中和學(xué)習(xí)能力下降等現(xiàn)象。

基于 AD 致病機(jī)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(qiáng)膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)的功能靶向α7 nAChR 的新型激動(dòng)劑和正向變構(gòu)調(diào)節(jié)劑的研發(fā)。

EVP-6124 是選擇性部分激動(dòng) 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(yàn)中顯示了明顯改善認(rèn)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(yàn)結(jié)果表明，EVP-6124 在提高試驗(yàn)對(duì)象的認(rèn)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(duì)其治療 AD 的Ⅲ期臨床試驗(yàn)中報(bào)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(yàn)失敗，研發(fā)終止。

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

對(duì)于 α7 nAChR，正構(gòu)位點(diǎn)區(qū)別于變構(gòu)位點(diǎn)，激動(dòng)劑或部分激動(dòng)劑必須與受體結(jié)合且使受體產(chǎn)生離子傳導(dǎo)的構(gòu)象；與變構(gòu)位點(diǎn)結(jié)合的配體則不能單獨(dú)激活受體，而是通過改變與功能構(gòu)象相關(guān)的能量屏障來調(diào)節(jié)激動(dòng)劑誘發(fā)的反應(yīng)。即變構(gòu)調(diào)節(jié)劑與受體結(jié)合后不會(huì)使通道開放，而在激動(dòng)劑存在的情況下會(huì)調(diào)節(jié)受體的開放程度，表現(xiàn)在電生理上即對(duì)激動(dòng)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(gòu)調(diào)節(jié)劑分為正向變構(gòu)調(diào)節(jié)劑（positive allosteric modulator，PAM）、負(fù)向變構(gòu)調(diào)節(jié)劑（negative allosteric modulator，NAM， 即非競爭性抑制劑）和沉默變構(gòu)調(diào)節(jié)劑（silence allostericmodulator，SAM）。SAM 本身對(duì)激動(dòng)劑的電流沒有調(diào)節(jié)作用，但是由于和 PAM、NAM 等競爭變構(gòu)調(diào)節(jié)位點(diǎn)，因此可以減弱或屏蔽 PAM、NAM 的變構(gòu)調(diào)節(jié)作用。此處只介紹 α7 nAChR 正向變構(gòu)調(diào)節(jié)劑（α7 nAChR PAMs）。

不同于激動(dòng)劑，α7 nAChR PAMs 通過內(nèi)源性遞質(zhì)提高受體的功能表達(dá)。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(huì)大大下降。根據(jù)文獻(xiàn)，α7 nAChR PAMs 具有增加學(xué)習(xí)記憶的作用。實(shí)驗(yàn)表明：缺乏 α7 nAChR 亞基的小鼠與含有該亞基小鼠的對(duì)照組相比，在水迷宮實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)記憶能力降低。

根據(jù)目前的文獻(xiàn)報(bào)道，α7 nAChR PAMs 可分為Ⅰ型和Ⅱ型兩類。Ⅰ型 PAM 只會(huì)增大 α7 電流的峰值，并不會(huì)影響通道的脫敏速度；而Ⅱ型 PAM 不僅會(huì)增大 α7 電流峰值，還會(huì)減緩 α7 nAChR 脫敏速度，延長通道的開放時(shí)間（見圖 3 ）。Ⅱ型 PAM呈現(xiàn)緩慢的反應(yīng)衰減動(dòng)力學(xué)特征，甚至能夠激動(dòng)已被高濃度激動(dòng)劑作用脫敏的受體。目前能進(jìn)入臨床研究階段的基本都是Ⅰ型 PAM，Ⅱ型 PAM 由于導(dǎo)致 α7 nAChR 過度開放而產(chǎn)生神經(jīng)細(xì)胞毒性，因而很難進(jìn)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(duì)于PAM的變構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)制有很多種解釋，其中一種解釋是，PAM 降低了 α7 nAChR 關(guān)閉態(tài)和開放態(tài)之間的能壘，因此通道更容易從關(guān)閉態(tài)進(jìn)入開放態(tài)，即 α7 nAChR 對(duì) ACh 更敏感，圖 4中實(shí)線和虛線分別代表無 PAM 和有 PAM 作用下α7 nAChR 的關(guān)閉態(tài)和開放態(tài)之間的能壘。大圓點(diǎn)代表激動(dòng)劑，小圓點(diǎn)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(shí)的構(gòu)象變得不穩(wěn)定，因此通道更傾向于處于開放態(tài)的構(gòu)象。

3.2 α7 型 尼古丁乙酰膽堿受體參與的神經(jīng)抗炎機(jī)制研究

α7 nAChR 也分布于中樞神經(jīng)的免疫細(xì)胞中，其中包括小膠質(zhì)細(xì)胞。小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要的免疫效應(yīng)細(xì)胞和數(shù)量最多的“巨噬細(xì)胞”，具有內(nèi)源性免疫防御功能，約占腦內(nèi)所有膠質(zhì)細(xì)胞的 5% ~ 20%（見圖 6 ）。小膠質(zhì)細(xì)胞具有分泌炎性因子、細(xì)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(yīng)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(xì)胞可以通過釋放自由基、細(xì)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(yīng)的強(qiáng)度。Tracey最早系統(tǒng)闡明了關(guān)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(dòng)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(jī)制通路可能成為未來治療或預(yù)防 AD的策略。

3.3 α7 型 尼古丁乙酰膽堿受體正向變構(gòu)調(diào)節(jié)劑的結(jié)構(gòu)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(jī)制的化合物（1a ~ 1d，見圖 8），抗寄生蟲藥 1a（伊維菌素，IVM）是首個(gè)被定義為 α7 nAChR PAM 的化合物，其可增強(qiáng) ACh 的最大電流并稍稍減少脫敏時(shí)長。隨后乙酰膽堿酯酶抑制劑 1b（加蘭他敏）被報(bào)道可以增強(qiáng) ACh 對(duì) α7 nAChR 的效應(yīng)電流。“第 1 代”α7 nAChR PAM 普遍缺少理想的效能、作用強(qiáng)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(jī)制發(fā)揮改善認(rèn)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(qiáng)激動(dòng)劑電流，并同時(shí)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(qiáng)度和選擇性的小分子被相繼報(bào)道（2aa ~ 2ak，見表 1）。

化合物 2aa（PNU-120596）是目前研究較充分的首個(gè)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(rèn)知記憶模型中的表現(xiàn)，并且增加 cAMP 反應(yīng)元件結(jié)合蛋白的磷酸化（cAMPresponse element-binding protein，CREB），這一生化過程被公認(rèn)為與學(xué)習(xí)和記憶有關(guān)。然而，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出盡管 PNU-120596 增強(qiáng)了乙酰膽堿酯酶抑制劑在嚙齒類動(dòng)物和非人類靈長類動(dòng)物中的認(rèn)知作用，但由于鈣離子流入過多而導(dǎo)致其具有潛在的毒性作用，因此無法進(jìn)入臨床試驗(yàn)。

Timmermann 等針對(duì)是否具有 α7 nAChR 的變構(gòu)調(diào)節(jié)活性，對(duì)幾千個(gè)化合物進(jìn)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(gè)典型的雙芳基脲類衍生物，對(duì)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(duì) α7 nAChR 的脫敏動(dòng)力學(xué)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(jī)制或位點(diǎn)，同時(shí)化合物 2ab 在緩解東莨菪堿引起的認(rèn)知功能障礙時(shí)可增強(qiáng)激動(dòng)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(duì)于 PAM 活性具有一定的影響，體積小的取代基對(duì)于 α7 nAchR 的親和力更強(qiáng)，活性更強(qiáng)，這為今后的結(jié)構(gòu)修飾提供了思路。

來自加利福尼亞大學(xué)歐文分校的研究人員從一個(gè)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(cè)得其 EC50 為 0.7μmol·L-1，Emax 為 900%，并且在嚙齒類動(dòng)物模型中，該化合物可以在存在或不存在激動(dòng)劑的情況下使用，不僅能糾正感覺缺陷而且還能改善認(rèn)知能力。2017年，化合物 2af 進(jìn)入針對(duì)精神分裂癥的 I 期臨床試驗(yàn)，這表明 I 型 PAM 可以安全地應(yīng)用于人類，并且對(duì)神經(jīng)認(rèn)知產(chǎn)生潛在的積極作用。文獻(xiàn)報(bào)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(jī)制逆轉(zhuǎn)由地卓西平（dizocilpine，MK-801）誘導(dǎo)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(diǎn)結(jié)構(gòu)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(gòu)調(diào)節(jié)劑，作用類型可通過電生理信號(hào)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(rèn)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(shí)間使用時(shí)表現(xiàn)為Ⅱ型 PAM，但同時(shí)其也能像I 型 PAM 那樣，以毫秒級(jí)的精確度跟蹤短暫的激動(dòng)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?yàn)槠渚哂幸欢?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(dòng)劑濃度的生理時(shí)空模式下Ⅱ型 PAM 的作用可能存在很大差異，也就是說，當(dāng)利用 α7 nAChR 的 PAM 作為前瞻性藥物進(jìn)行開發(fā)時(shí)，有必要對(duì)作用機(jī)制進(jìn)行更詳細(xì)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(shí)也是α4β2 nAChR 和 α4β4 nAChR 的 PAM；此外，化合物 2ab、2ad、2ak 展現(xiàn)出對(duì) α4β2 nAChR 和 α3β4nAChR 的抑制作用。增加 PAM 對(duì) 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(gòu)調(diào)節(jié)劑研發(fā)方面的進(jìn)展 

筆者利用課題組發(fā)展的 10 余個(gè)新穎的多組分反應(yīng)和金屬催化偶聯(lián)反應(yīng)，合成了結(jié)構(gòu)新穎的噻唑并雜環(huán)類化合物等。對(duì)噻唑環(huán)及環(huán)上 2- 位的烷硫基簡單修飾之后，構(gòu)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(diǎn)平臺(tái)篩選，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)新穎的苗頭化合物 3aa（LD486），并在其具有α7 nAChR PAM 活性的基礎(chǔ)上，以噻唑 [4，5-d] 嘧啶-7(6H)-酮為母核進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，合成了多個(gè)系列近百個(gè)衍生物（見圖 9）。利用雙電極電壓鉗的實(shí)驗(yàn)手段，將人源 α7 nAChR 表達(dá)于非洲爪蟾卵母細(xì)胞中，以 100 μmol · L-1 的乙酰膽堿（ACh）溶液激活 α7 受體，統(tǒng)計(jì)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(hào)）的變化百分比，由此評(píng)估待篩選化合物的 α7 nAChR的 PAM 活性強(qiáng)弱。其中化合物 3ea（JWX-A1223）在 ACh 濃度為 100 μmol· L-1 時(shí)的最大電流信號(hào)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(diǎn)選擇性研究發(fā)現(xiàn)，化合物 3ea 對(duì)其他亞型α3β4 nAChR、α4β2 nAChR 和 5-HT3A 無 結(jié) 合（ 見圖 10B），具有專一性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。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(dá)于心肌細(xì)胞的、具有快速激活延遲整流特性的鉀離子通道，在心肌動(dòng)作電位復(fù)極過程中發(fā)揮重要作用）通道抑制作用。藥動(dòng)學(xué)和血腦屏障透過實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(fù) 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(duì) hERG 的心臟安全性風(fēng)險(xiǎn)，且在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中也展現(xiàn)了針對(duì)小鼠精神分裂癥模型較好的恢復(fù)作用，這對(duì)于后續(xù)該母核的進(jìn)一步結(jié)構(gòu)改造以及靶向α7 nAChR 的正向變構(gòu)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(jié)果已發(fā)表在權(quán)威藥物化學(xué)雜志 Journal of Medicinal Chemistry 上，并在其 2019 年第 1 期專刊——“變構(gòu)調(diào)節(jié)劑”上發(fā)表。此外，筆者課題組還對(duì)候選藥物 3ea 進(jìn)行了成藥性評(píng)價(jià)，申請(qǐng)了中國專利和國際PCT專利并獲美國專利授權(quán)。

此外，筆者課題組最初對(duì)苗頭化合物 4 進(jìn)行修飾，發(fā)現(xiàn)將母核換為吡啶環(huán)時(shí)化合物 5 的 PAM 活性顯著提高，而這種結(jié)構(gòu)又是煙酰胺類似物 6（維生素 B3 酰胺化后的形式），通過對(duì)其結(jié)構(gòu)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(píng)價(jià)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(qiáng)[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(hào)為 1 474%±246%（見圖 13 及表 2）；相對(duì)于其他 nAChR 和 5-HT3A受體亞型，其對(duì) α7 nAChR 具有高度特異性（見圖13B）。綜上所述，通過對(duì)不同的苗頭化合物進(jìn)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(duì)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(jié)果已發(fā)表在 Bioorganic & MedicinalChemistry Letters 上。

5結(jié)語與展望

老年癡呆病的發(fā)病學(xué)說和新藥研發(fā)是當(dāng)前研究熱點(diǎn)并充滿挑戰(zhàn)。近年來，靶向于 α7 nAChR 提高學(xué)習(xí)認(rèn)知能力、改善老年癡呆病癥狀，已逐漸成為新的研發(fā)共識(shí)。 

鑒于膽堿受體-神經(jīng)抗炎通路對(duì)抗老年癡呆病的協(xié)同作用和筆者課題組對(duì)此研究領(lǐng)域的深入認(rèn)識(shí)，筆者課題組未來的工作將集中在以下 2 個(gè)方面：1）系統(tǒng)確證 α7 nAChR 正向變構(gòu)調(diào)節(jié)劑是否發(fā)揮既能增強(qiáng)學(xué)習(xí)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(gè)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(dòng)進(jìn)入臨床試驗(yàn)用于改善老年癡呆癥的認(rèn)知障礙功能。

● 想回顧《藥學(xué)進(jìn)展》編委會(huì)主辦和協(xié)辦過的精彩活動(dòng)嗎？請(qǐng)戳這里！

→ 

→ 

→ 

→ 

→ 

→ 

→ 

→  

→  

→  

點(diǎn)一下你會(huì)更好看耶