Conjugado de cromona-ácido lipoico: agente neuroprotector con actividades aceptables de inhibición de la butirilcolinesterasa, antioxidante y quelación del cobre

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Resumen

Objetivoenfermedad de alzheimer(AD) es una enfermedad neurodegenerativa multifacética. Apuntar simultáneamente a múltiples procesos patológicos involucrados enenfermedad de alzheimer,Los compuestos de origen natural con características únicas son andamios prometedores para desarrollar nuevos compuestos multiobjetivo en el tratamiento de diferentes enfermedades neurodegenerativas, especialmenteenfermedad de alzheimer. En este estudio, se prepararon nuevos híbridos de cromona-ácido lipoico para encontrar una nueva estructura líder multifuncional para el tratamiento de la EA. Métodos Se prepararon híbridos de cromona-ácido lipoico a través de la reacción de clic y se evaluó completamente su actividad de neuroprotección y anticolinesterasa. Las actividades de agregación anti-amiloide, antioxidante y quelación de metales del mejor compuesto también se investigaron mediante métodos estándar para encontrar un nuevo agente multifuncional contra la EA. Resultados El cribado biológico primario demostró que todos los compuestos tenían una actividad neuroprotectora significativa frente al daño celular inducido por H2O2-en células PC12. Se seleccionó el compuesto 19 como el inhibidor de butirilcolinesterasa (BuChE) más potente (IC50=7.55 μM) que tiene una actividad de neuroprotección significativa como fármaco de referencia para evaluaciones biológicas adicionales. Los estudios cinéticos y de acoplamiento revelaron una inhibición de tipo mixto no competitivo de BuChE por el compuesto 19. Podría reducir significativamente la formación de especies reactivas de oxígeno (ROS) intracelulares y mostró un excelente poder reductor (85,57 mM Fe más 2), comparable con la quercetina y ácido lipoico. También podría inhibir moderadamente la agregación A y quelar selectivamente con iones de cobre en una proporción de 2:1 M.

Conclusión El compuesto 19 podría considerarse como un agente multifuncional esperanzador para el desarrollo posterior contra la DA debido a la actividad neuroprotectora y anti-BuChE aceptable, la actividad de agregación anti-A moderada, la actividad antioxidante destacada y la capacidad de quelación selectiva del cobre.

Leili Jalili-Baleh1 & Hamid Nadri2 & Hamid Forootanfar3 & Tuba Tüylü Küçükkılınç4 & Beyza Ayazgök4 & Mohammad Sharifzadeh5 & Mahban Rahimifard6 & Maryam Baeeri6 & Mohammad Abdollahi6 & Alireza Foroumadi1 & Mehdi Khoobi

Grupo de Biomateriales, Centro de Investigación Farmacéutica, Instituto de Ciencias Farmacéuticas (TIPS), Universidad de Ciencias Médicas de Teherán, Teherán 1417614411, Irán 2 Facultad de Farmacia y Centro de Investigación de Ciencias Farmacéuticas, Universidad de Ciencias Médicas Shahid Sadoughi, Yazd, Irán 3 Departamento de Farmacia Biotecnología, Facultad de Farmacia, Universidad Kerman de Ciencias Médicas, Kerman, Irán 4 Facultad de Farmacia, Departamento de Bioquímica, Universidad Hacettepe, Ankara, Turquía 5 Departamento de Farmacología y Toxicología, Facultad de Farmacia, Toxicología y Centro de Investigación de Envenenamiento, Universidad de Teherán de Ciencias Médicas, Teherán, Irán 6 Grupo de Toxicología y Enfermedades, Centro de Investigación de Ciencias Farmacéuticas (PSRC), Instituto de Ciencias Farmacéuticas (TIPS), Universidad de Ciencias Médicas de Teherán (TUMS), Teherán, Irán

Introducción

enfermedad de alzheimer(AD), una enfermedad neurodegenerativa multifacética e irreversible, es la principal causa de demencia y uno de los mayores desafíos de la investigación farmacéutica actual [1]. Durante las últimas décadas, a pesar de los esfuerzos sustanciales para descubrir los mecanismos patogénicos deenfermedad de alzheimer, la etiología exacta de esta enfermedad es aún compleja. Los factores patológicos que juegan un papel notable en el desarrollo de la EA son la deficiencia del nivel de neurotransmisores colinérgicos cerebrales, la acumulación de placas seniles particularmente como depósitos extracelulares de amiloide (A), agregación de proteína τ hiperfosforilada [2], dishomeostasis de biometales, estrés oxidativo, y neuroinflamación [3]. A pesar de todos los intentos realizados para encontrar soluciones innovadoras para controlar las características de la enfermedad, como la terapia génica y con células madre, este tipo de terapia sigue siendo un método prospectivo para el tratamiento de la EA y todavía hay muchos problemas sin resolver antes de que puedan usarse en aplicaciones clínicas. 4, 5]. El método terapéutico actualmente disponible se basa mayoritariamente en el aumento de la neurotransmisión colinérgica, a través de los inhibidores de la acetilcolinesterasa (AChEI). Al igual que la AChE, la butirilcolinesterasa (BuChE), como corregulador de la degradación de la ACh, es una enzima importante involucrada en la neurotransmisión [6]. Se desconoce el papel de BuChE en la patología de la EA, pero los estudios in vivo revelaron que la BuChE asociada con las placas A tiene un papel clave en la maduración de las placas de EA [7, 8]. Para completar los abordajes sintomáticos, es necesario dirigirse simultáneamente a múltiples procesos patológicos implicados en la EA [9, 10].

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Actualmente, la estrategia de ligandos dirigidos a múltiples objetivos (MTDL) ha sido completamente aceptada como la estrategia principal para el diseño y descubrimiento de fármacos en la EA, que se basa en una combinación de grupos farmacofóricos apropiados en una molécula que proporciona respuestas farmacológicas efectivas para varios receptores potenciales. o dianas enzimáticas [11]. En los últimos años, se han diseñado muchos agentes multifuncionales potenciales basados ​​en la estrategia de MTDL contra la EA [12-16]. Además, una gran cantidad de productos de origen natural se están utilizando como productos farmacéuticos comercializados o como fragmentos moleculares bioactivos en el desarrollo de fármacos híbridos para combatir los principales factores de riesgo implicados en la patogenia de la EA mencionados anteriormente [17]. Las cromonas se encuentran de manera ubicua en las plantas y se conocen como fitoquímicos con una estructura de benzo- -pirona, que posee múltiples rangos de efectos farmacológicos [18]. Estudios recientes revelaron que los compuestos basados ​​en cromonas eran efectivos contra la demencia a través de la eliminación de radicales libres y la quelación de iones metálicos [19–22]. Las cromonas también han mostrado propiedades anticolinesterásicas [23, 24], neuroprotectoras [25, 26], antiinflamatorias [27] y podrían interrumpir de manera efectiva la agregación de amiloide [28, 29]. Fernandez-Bachiller y colaboradores introdujeron híbridos de cromona de tacrina que tienen una mejor inactivación inhibidora de ChE, así como antioxidante, en comparación con la tacrina [30]. El ácido lipoico (LA), como antioxidante natural en animales, humanos y plantas, actúa como un cofactor esencial en muchas vías bioquímicas [31]. Se ha informado una amplia gama de propiedades farmacológicas sobre este organosulfurado. Puede controlar la patogenia o la progresión de la DA al aumentar el nivel de acetilcolina y al disminuir el estrés oxidativo, la inflamación y la formación de placas de A [32-34]. Apocrine es un híbrido de LA y tacrina introducido por Rosini como un candidato a fármaco eficaz contra la EA debido a sus múltiples propiedades biológicas, como la actividad de inhibición de AChE y BChE, la inhibición de la agregación de A inducida por AChE y la protección celular contra ROS [35].

G. Nesi et al. rivastigmina combinada con LA y cromona. Descubrieron que la combinación condujo a la adición de antioxidantes y propiedades de agregación antiamiloide de LA y andamiajes de cromonas a la actividad anticolinesterasa de la rivastigmina como los fármacos utilizados actualmente, y resultó en la formación del compuesto multifuncional para tratar la EA [28 ]. Con base en los hallazgos anteriores, el andamio de cromonas es un farmacóforo importante que tiene un papel importante en la inhibición de ChEs con actividades antioxidantes y de quelación de metales. LA es también la estructura líder prometedora que mejora la actividad de inhibición de BuChE, la potencia de neuroprotección, la agregación anti-amiloide, las actividades antioxidantes y de quelación de metales (Fig. 1). Estas características únicas de la cromona y el AL los han convertido en andamios prometedores para desarrollar nuevos compuestos multiobjetivo que tienen una eficacia terapéutica mejorada en el tratamiento de diferentes trastornos neurodegenerativos, especialmente la EA [36–42]. Teniendo en cuenta los efectos biológicos beneficiosos de los andamios de cromona y LA y la eficacia del núcleo de triazol como un farmacóforo atractivo para conectar varios agentes terapéuticamente activos [43–45], en este trabajo, animamos a conjugar estos valiosos farmacóforos entre sí y evaluar su eficacia. contra varios objetivos. Se sintetizaron dos series de derivados de cromona conjugados con LA mediante una reacción de clic (Fig. 1, compuestos 9-17 y 18-20) y se evaluó la actividad neuroprotectora y la inhibición de ChEs de todos los compuestos. También se evaluaron las actividades antioxidante, quelante de metales y anti-amiloide del compuesto seleccionado. Hasta donde sabemos, este es el primer trabajo que informa sobre la síntesis de híbridos de cromona-LA y sus actividades biológicas contra la EA.

Resultados y discusión

Química Como se ilustra en el Esquema 1, el compuesto 3 se sintetizó inicialmente mediante la reacción de 2'-hidroxiacetofenona sustituida con 4-metoxi benzaldehído a través de una reacción de oxidación domino aldol-Michael catalizada por pirrolidina y yodo en dimetilsulfóxido (DMSO). El compuesto 3 se convirtió en los correspondientes derivados de 2-(4-hidroxifenil)-4H-cromo-4-ona (4a-d) mediante BBr3 en diclorometano. El compuesto 5 también se preparó en un solo paso a partir de la reacción de 2,4- dihidroxiacetofenona y ortoformiato de trietilo en presencia de ácido perclórico al 70 % que condujo a la formación de sal de perclorato que luego se hidrolizó para alcanzar el compuesto objetivo (5) . Los intermedios de bromoalcoxi 6a-i y 8a-c se prepararon luego mediante la reacción de 4a-do 5 con la cantidad adecuada de dibromoalcanos en una solución de acetona de K2CO3 anhidro en condiciones de reflujo durante 4 h. El compuesto 7 se sintetizó por separado mediante la reacción de amidación entre LA y propargilamina en presencia de 4-dimetilaminopiridina (DMAP) y N,N'-diciclohexilcarbodimida (EDCI).

Los compuestos objetivo 9–20 finalmente se prepararon a través de una reacción de tres componentes en un solo recipiente entre los compuestos 6a-i u 8a-c, la azida de sodio y el compuesto 7 catalizada por cobre (II). Ensayo biológico Principalmente, se evaluaron las actividades inhibidoras de la colinesterasa y la neuroprotección de todos los compuestos objetivo 9–20 para encontrar el mejor compuesto potente para estudios posteriores. Potencia de neuroprotección contra el daño celular PC12 inducido por H2O2 El daño oxidativo y la neurotoxicidad creados por H2O2 se consideran el factor más importante que controla el progreso del trastorno neurodegenerativo [60]. Por lo tanto, la actividad de neuroprotección de los conjugados 9-20 de cromona-LA preparados se evaluó en diferentes concentraciones de 1, 5, 10, 20 y 50 μM mediante el ensayo MTT. Todos los compuestos, en todas las concentraciones, podrían aumentar significativamente la viabilidad celular de las células PC12 de forma dependiente de la dosis, incluso a una concentración baja de 1 μM (Tabla 1, p <>

Curiosamente, los compuestos 15, 16 y 17 que tienen longitudes de cadena de cinco carbonos (n=5) exhibieron una actividad neuroprotectora más alta que la de la quercetina como fármaco de referencia en todas las concentraciones. Por comparación entre los compuestos 9, 11 y 15 que tienen 2-fenil-4H-cromeno-4-un resto simple y diferente longitud de cadena de carbono (n=3, 4 y 5 para los compuestos 9, 11 y 15, respectivamente), podría implicarse que aumentar el tamaño del entrecruzante podría aumentar la actividad de neuroprotección de los compuestos diana (Tabla 1). También se observó el mismo comportamiento para los compuestos 18–20 como derivados de 4H-cromeno-4-uno sustituidos en 7 posiciones. En particular, los derivados de cromo no sustituidos tuvieron menos actividad neuroprotectora sobre la muerte celular inducida por H2O2-que los análogos sustituidos con halo (compare el compuesto 9 con el compuesto 10, el compuesto 11 con los compuestos 12–14 y el compuesto 15 con los compuestos 16 e incluso 17 en concentraciones especialmente altas). Actividad inhibidora de la colinesterasa Se investigó la actividad inhibidora de la AChE y la BuChE de todos los conjugados de cromona-LA 9–20. La Tabla 2 muestra los valores IC50 de los compuestos en comparación con el fármaco estándar donepezilo. No se observó efecto significativo frente a AChE a 100 μM para la mayoría de los compuestos, excepto 7-fluoroderivados (13) con actividad moderada (IC50=56.50 μM). Los resultados revelaron que la actividad de los derivados sustituidos con la posición 7- (18-20) frente a BuChE fue mejor que los derivados modificados con la posición 2- (9-17).

Entre los 7-derivados sustituidos, solo los compuestos 18 y 19 con longitudes de cadena de 3 o 4 átomos mostraron actividad anti-BuChE apropiada (IC50=15.32 y 7.55 μM, respectivamente). El compuesto 20 con espaciador de 5 carbonos (n=5) no reveló actividad contra BuChE, lo que confirma el gran efecto del reticulante y el tamaño de la molécula para ocupar el sitio activo de la enzima. Por lo tanto, la extensión del enlazador no tiene un efecto positivo sobre la potencia inhibidora de BuChE. Cuando el sustituyente halógeno portador de tacrina se conjugó con LA mediante un espaciador de 3 carbonos, las actividades de inhibición de AChE y BuChE, especialmente la actividad de AChEI, mejoraron en comparación con la tacrina [35]. El estudio confirmó el importante papel de la longitud del agente de entrecruzamiento en la actividad de inhibición de ChEs de los compuestos objetivo. Un estudio anterior también reveló que la hibridación de tacrina con armazón de cromona mejora la actividad de inhibición de BuChE más que la de AChEI, lo que concuerda con el logro de nuestros resultados [30]. También se observó el mismo resultado cuando se combinaron otros farmacóforos bien conocidos. La unión de LA y/o cromona a la rivastigmina resultó en una actividad de inhibición de BuChE mayor que la inhibición de AChE [28]. Parece que LA puede mejorar la actividad de inhibición de BuChE del armazón madre más que la actividad de inhibición de AChE. Según los resultados, parece que los grupos donantes de electrones en el andamio de cromonas y también el uso de un espaciador adecuado para evitar el plegamiento molecular pueden facilitar las interacciones adecuadas con la enzima que transforma los compuestos objetivo en inhibidores más potentes.