含有1,2,3-三唑结构的非布司他衍生物的设计、合成与评估:通过激活Nrf2-HO-1通路来有效抑制小胶质细胞介导的神经炎症和氧化应激

《Bioorganic Chemistry》:Design, synthesis, and evaluation of febuxostat derivatives bearing 1,2,3-triazole: potent inhibitors of microglia-mediated neuroinflammation and oxidative stress via Nrf2-HO-1 activation

【字体: 时间:2026年06月18日 来源:Bioorganic Chemistry 4.7

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  王兰|侯茜茜|徐亮|宋明轩|闫东|张清清|王一棉|高恩|高梦龙|李梦远|郭静静|毛龙飞|李三强河南科技大学基础医学与法医学学院,中国洛阳开元路263号,471000摘要重度抑郁症是一种严重的精神疾病,目前治疗选择有限。针对小胶质细胞炎症及相关的氧化应激反应,有望成为治疗重度抑郁症

  
王兰|侯茜茜|徐亮|宋明轩|闫东|张清清|王一棉|高恩|高梦龙|李梦远|郭静静|毛龙飞|李三强
河南科技大学基础医学与法医学学院,中国洛阳开元路263号,471000

摘要

重度抑郁症是一种严重的精神疾病,目前治疗选择有限。针对小胶质细胞炎症及相关的氧化应激反应,有望成为治疗重度抑郁症的新策略。在本研究中,通过点击反应将非布司他核心结构与多种1,2,3-三唑衍生物结合,设计并合成了33种新的非布司他衍生物。所有合成化合物均在LPS刺激的BV-2小胶质细胞中进行了抗炎活性评估。其中,化合物6i6j表现最为优异,能够显著抑制NO的产生(IC50值分别为5.90?±?0.16?μM和3.45?±?0.18?μM),同时还能抑制促炎细胞因子IL-1β、IL-6、TNF-α以及上游炎症酶COX-2和iNOS的表达,且没有细胞毒性。机制研究显示,化合物6i6j能够激活Nrf2-HO-1通路,减少ROS积累,恢复GSH水平及SOD活性。分子对接实验进一步表明,这两种化合物能与Keap1强烈结合,从而阻止Nrf2的降解。在体内实验中,化合物6j能够改善小鼠因LPS引发的抑郁样行为,同时降低海马区小胶质细胞/星形胶质细胞的活化程度以及IL-1β/TNF-α mRNA的表达水平。这些发现表明,化合物6j可通过Nrf2-HO-1介导的抗氧化和抗炎机制发挥类似抗抑郁的作用,有望成为治疗重度抑郁症的候选药物。

引言

重度抑郁症是一种重大的公共卫生问题,其症状包括认知功能受损、食欲减退、悲观情绪以及自杀念头等,这些都会严重影响患者的健康状况,给工作、学习及家庭生活带来巨大压力[1]。越来越多的临床和动物实验证据表明,免疫炎症机制与重度抑郁症的发病密切相关[2]、[3]、[4]。作为中枢神经系统内的常驻免疫细胞,小胶质细胞在引发和调控神经免疫反应中起着关键作用[5]。在病理状态下,过度活跃的小胶质细胞会释放大量促炎细胞因子,如肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-1β和白细胞介素-6,这些因子会破坏神经发生、影响突触可塑性、改变神经递质代谢,最终导致抑郁样行为[6]。因此,减轻小胶质细胞介导的炎症反应成为治疗抑郁症的一种有效策略。
小胶质细胞炎症与细胞内氧化应激水平密切相关。当受到脂多糖刺激时,小胶质细胞会大量产生活性氧,这些活性氧可通过多种途径生成,包括烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶和黄嘌呤氧化还原酶系统的激活、线粒体氧化磷酸化过程的紊乱以及一氧化氮合酶的诱导[7]、[8]。大量活性氧会削弱体内的抗氧化防御系统,如超氧化物歧化酶和谷胱甘肽,进而对脂质、蛋白质和DNA造成氧化损伤,进一步加剧炎症反应[9]。与之相反,通常存在于细胞质中的转录因子核因子红细胞2相关因子2会在检测到活性氧水平升高时转移到细胞核中,与抗氧化应答元件结合,促使细胞保护性酶的生成,如血红素加氧酶-1、谷胱甘肽过氧化物酶和超氧化物歧化酶,以此对抗过高的细胞内活性氧水平[10]、[11]。因此,通过药物手段激活Nrf2-HO-1轴来恢复氧化还原平衡,是缓解小胶质细胞介导的神经炎症的合理策略。
非布司他是一种高效且选择性的黄嘌呤氧化酶抑制剂,已被批准用于临床治疗痛风[12]。除了降尿酸的作用外,非布司他还具有显著的抗炎功效[13]。先前的研究表明,非布司他能够显著抑制小胶质细胞中的黄嘌呤氧化酶活性,减少活性氧的产生,同时还能减轻实验性自身免疫性脑脊髓炎小鼠脊髓中的炎症细胞浸润及胶质细胞活化现象[7]。此外,还有证据表明,非布司他可通过阻断NLRP3/ASC/caspase-1通路,有效减轻脑出血后的神经炎症,降低小胶质细胞的活化程度及促炎细胞因子的产生,从而起到保护神经元的作用[14]。最近的研究还发现,非布司他可能通过上调Nrf2信号通路,在某些外周疾病模型中也具有保护作用[15]、[16]、[17]。例如,非布司他可通过激活Keap1/Nrf2通路,同时抑制TLR4/NF-κB p65信号通路,从而减轻对乙酰氨基酚引起的急性肝损伤[15]。然而,尽管已有诸多研究结果,非布司他在小胶质细胞中调节Nrf2-HO-1轴的具体作用及其在抑郁症治疗中的潜在应用仍需进一步探索。这一研究空白使得非布司他成为一种极具潜力的候选药物,可通过结构优化来充分发挥其神经保护作用。
在药物化学领域,1,2,3-三唑结构因其良好的物理化学性质、代谢稳定性,以及与生物靶点形成氢键和偶极相互作用的能力,已成为一种非常重要的构建模块[18]、[19]、[20]、[21]。通过点击化学方法,可以轻松地将该结构引入各种化合物中,从而获得具有更强抗炎活性的新衍生物。我们实验室此前已经合成了一系列含有1,2,3-三唑修饰的2H-1,4-苯并噁嗪-3(4H)-酮衍生物,其中化合物2可通过激活Nrf2-HO-1通路,对LPS引发的小胶质细胞炎症起到保护作用[22]。此外,含有1,2,3-三唑修饰的多替拉韦衍生物,尤其是化合物3,在LPS刺激的BV-2小胶质细胞中,也能抑制促炎细胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α的表达,同时降低上游炎症酶环氧化酶-2和诱导型一氧化氮合酶的转录和蛋白水平[23]。最近的研究还表明,7-O-1,2,3-三唑橙皮素衍生物,尤其是化合物4,对一氧化氮的产生具有很强的抑制作用(半数抑制浓度为2.34?±?0.7?μM),同时也能抑制TNF-α、IL-1β和IL-6的表达。化合物4还能减少活性氧的产生,并通过调控NF-κB信号通路,显著抑制诱导型一氧化氮合酶和环氧化酶-2的表达[24]。这些研究结果充分体现了1,2,3-三唑结构作为药物活性基团的巨大潜力,有助于开发出新的抗炎和神经保护药物。
基于上述原理,我们设计了多组新的非布司他衍生物,将这些衍生物的非布司他核心结构与带有不同取代基的1,2,3-三唑结构相结合。在之前的研究中[25],我们发现,与非布司他通过3-氨基苯乙炔结合而得到的衍生物,能够在肝癌细胞中引发DNA损伤,进而诱导细胞凋亡。不过,众所周知,许多能在肿瘤细胞中引发DNA损伤的候选药物,往往也会对正常细胞,尤其是神经细胞产生细胞毒性。因此,在本研究中,我们设计了新的非布司他衍生物系列,并在LPS刺激的BV-2小胶质细胞模型中评估了它们的抗炎活性,旨在寻找那些具有强大抗炎效果且细胞毒性较低的候选药物。其中最具有潜力的化合物被选出来进行深入的机制研究,重点探讨其激活Nrf2-HO-1信号通路的能力,进而减轻细胞内氧化应激,最终缓解小胶质细胞介导的神经炎症。

章节节选

合成方法

目标化合物的合成方法如图1所示。以非布司他(1)为起始原料,分别与其与2-甲基丁-3-炔-2-胺或3-乙炔苯胺在HATU和DIPEA作用下反应,得到末端炔烃中间体57。随后,让中间体57与各种取代叠氮化物在铜催化下发生叠氮化物-炔烃环加成反应,从而生成33种新的目标衍生物(6a–6p8a–8q),具体过程如图1所示。所有化合物的结构均

结论

综上所述,本研究成功设计并合成了多组1,2,3-三唑修饰的非布司他衍生物,并系统地评估了它们的抗神经炎症活性。其中,化合物6i6j表现最为出色,它们在LPS刺激的BV-2小胶质细胞中,能够显著抑制NO的产生,以及促炎细胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α的表达,还能有效抑制关键的炎症介质COX-2和iNOS的活性。机制研究显示,这两种化合物能够

实验步骤概述

所有的起始材料、试剂和溶剂均购自商业供应商,均为分析级产品,除非另有说明,否则无需进一步纯化即可使用。反应进程通过硅胶板(厚度为150–200?μm)上的薄层色谱法进行监测,可在254纳米紫外线光下观察。目标化合物的纯化则通过硅胶柱色谱法完成,所用硅胶的目数为100–200目。核磁共振谱图则通过

作者贡献说明

王兰:论文撰写——初稿撰写、方法学研究、实验分析、资金获取、正式分析。 侯茜茜:论文撰写——审阅与编辑、研究指导、数据整理、概念构思。 徐亮:正式分析、方法学研究、结果验证。 宋明轩:图表制作、方法学研究、实验分析。 闫东:方法学研究、实验分析。 张清清:方法学研究、正式分析。 王一棉:结果验证、软件应用。 高恩:资源提供、数据整理。 高梦龙:软件应用。 李梦远:结果验证。

利益冲突声明

作者声明,他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

我们衷心感谢河南省自然科学基金(编号:252300423773)的资助,以及河南省科技计划项目(编号:262102310399262102310404)和河南省医学科技研究项目(编号:LHGJ20230450)的支持。
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