Quinolilnitronas privilegiadas para la terapia combinada del ictus isquémico y la enfermedad de AlzheimerⅠ

Resumen: Se sabe que las enfermedades cerebrovasculares como el ictus isquémico exacerban la demencia causada por patologías neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer (EA). Además, el creciente número de pacientes que sobreviven a un ictus hace necesario tratar la coexistencia de estas dos enfermedades con una terapia única y combinada. Para el desarrollo de nuevos agentes terapéuticos duales, se diseñaron y sintetizaron ocho quinolilnitronas híbridas mediante la yuxtaposición de farmacóforos seleccionados de nuestros compuestos líderes más avanzados para el tratamiento del ictus isquémico y la EA.

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Los análisis biológicos que buscan efectos neuroprotectores eficientes en ensayos fenotípicos adecuados nos llevaron a identificar MC903 como una nueva quinolilnitrona pequeña para la posible terapia dual de accidente cerebrovascular y EA, que muestra una fuerte neuroprotección en (i) neuronas corticales primarias bajo privación de oxígeno-glucosa/reoxigenación normoglucémica como un modelo de isquemia experimental; (ii), células de línea neuronal tratadas con rotenona/oligomicina A, ácido okadaico o péptido -amiloide A 25–35, que modelan los insultos tóxicos que se encuentran entre los efectos de la EA.

Palabras clave: enfermedad de Alzheimer; accidente cerebrovascular isquémico; fármacos multipotentes; neuroprotección; quinolilnitronas

1. Introducción

Debido a la alta calidad de vida en nuestros países desarrollados, y al aumento de la esperanza de vida de los más mayores, las enfermedades del envejecimiento como el ictus y la enfermedad de Alzheimer (EA) se han convertido en problemas individuales, socioeconómicos y médicos de primer orden con terapias limitadas e insatisfechas. [1]. En consecuencia, la búsqueda de terapias nuevas y más eficientes para el ictus y la EA es urgente y una de las áreas de investigación más activas en el dominio de la neurociencia actual [2]. Además, la interconexión y la coexistencia de ictus y DA en los mismos pacientes es conocida y está ampliamente documentada [3], aunque los mecanismos biológicos implicados aún no se han establecido [4].

Las enfermedades cerebrovasculares no solo son la base de un deterioro cognitivo relacionado con los vasos, denominado demencia vascular (DV), sino que también se sabe que exacerban la demencia causada por otros factores, como la EA y otras enfermedades degenerativas [5]. Como señalaron recientemente Macrae y Allan, "... Con un número cada vez mayor de pacientes que sobreviven a un accidente cerebrovascular, también existe la necesidad de centrarse más en las complicaciones posteriores al accidente cerebrovascular que afectan la calidad de vida. Estas incluyen no solo deficiencias motoras y del habla, sino también depresión, demencia, epilepsia, ansiedad, entre otras cosas…” [6]. Por lo tanto, la identificación de nuevos fármacos para la terapia combinada tanto del ictus isquémico como de la EA sería una cuestión terapéutica ideal pocas veces puesta en práctica, pero que actualmente concentra nuestros esfuerzos más recientes, aprovechando dos de nuestros compuestos líderes más avanzados.

Recientemente, identificamos el óxido de (Z)-N-terc-butil-1-(2-cloro-6-metoxiquinolina-3-il)-metenamina (QN23) (Figura 1) como un quinolilnitrona (QN) neuroprotectora muy eficaz, que muestra la inducción de la neuroprotección en dos modelos in vivo de isquemia cerebral global y focal [7], lo que da como resultado un nuevo compuesto principal para el tratamiento del accidente cerebrovascular isquémico. Por otro lado, hemos descrito que Contilisant (Figura 1) es un agente permeable y altamente neuroprotector contra varios insultos tóxicos relevantes para la EA, mostrando propiedades inhibitorias in vitro para enzimas catabolizadoras de neurotransmisores (ChE, MAO) [8] o proteína G -receptores acoplados (H3R [8], S1R [9]), y un mejor efecto protector in vivo que nuestro anterior compuesto de éxito ASS234 [10] o donepezilo en la tarea del laberinto en Y y el laberinto del brazo radial contra el deterioro cognitivo inducido por el - péptido amiloide A 1-42 oligómeros [9]. Sorprendentemente, QN23 y Contilisant también son potentes antioxidantes, una característica beneficiosa para el tratamiento potencial del accidente cerebrovascular isquémico y la EA teniendo en cuenta el efecto nocivo que ejercen el estrés oxidativo y las especies reactivas de oxígeno (ROS) en ambas patologías [11].

Con este conocimiento, hemos diseñado los nuevos QN híbridos de N-terc-butilo y N-bencilo de tipo I y II que se muestran en la Figura 1, como diferentes combinaciones de las características estructurales privilegiadas presentes en QN23 y Contilisant sobre el núcleo de QN. Los QN de tipo I, JMA98C y JMA101A, son el resultado de la inserción del motivo clave piperidinopropiloxi, un farmacóforo polivalente presente en Contilisant para la unión efectiva de ChE, H3R y S1R [8,9], en C2 de QN23, manteniendo el grupo metoxi en C6, una característica que parece crítica para una neuroprotección eficiente [7].

Un análisis análogo dio como resultado los QN DDI88 y DDI89, donde instalamos un motivo N-propargyl adicional, un farmacóforo MAO típico, en un grupo piperazinopropiloxi, un farmacóforo probado para la inhibición de ChE [10]. Un análisis similar dio como resultado cuatro QN más de tipo II, como JMA11A, JMA12A, MC902 y MC903, donde mantuvimos el átomo de cloro en C2 como en QN23, y el resto cicloalquilaminopropiloxi funcionalizado se unió a C6 en lugar del grupo metoxi. . Sobre la base de estos diseños, que mantienen las características estructurales responsables de la regulación del nivel de neurotransmisores deteriorada en la EA [12], en un núcleo QN, se espera que los QN informados aquí actúen como moléculas pequeñas multipotentes potencialmente adecuadas para el tratamiento de la EA y el accidente cerebrovascular isquémico. [13].

Así, impulsado por la reciente comunicación de Sun et al. [14] sobre el perfil farmacológico del agente neuroinmunomodulador AD110 para el manejo terapéutico de la EA y el accidente cerebrovascular, y los resultados informados por Liu et al. [15] para MT-20R, una -feniltert-butil nitrona que contiene farmacóforos MAO y ChE para la enfermedad de Parkinson, describimos aquí nuestros resultados preliminares en esta área. Hemos identificado MC903 como un nuevo QN pequeño para la posible terapia combinada de accidente cerebrovascular isquémico y EA, mostrando fuertes propiedades neuroprotectoras en neuronas corticales primarias bajo hipoxia/reoxigenación como modelo de isquemia experimental, y en células de línea neuronal tratadas con rotenona más oligomicina A. ácido okadaico o A 25–35, modelando tres insultos tóxicos encontrados en AD.

2. Resultados y Discusión

2.1. Síntesis

La síntesis de los QN objetivo se llevó a cabo a partir de precursores fácilmente disponibles en secuencias sintéticas cortas, proporcionando los ligandos deseados como isómeros Z estereoquímicamente únicos en forma pura, buenos rendimientos generales y cantidades de varios gramos (material complementario). A continuación, las QN se sometieron a análisis biológicos para determinar su capacidad neuroprotectora

2.2. Evaluación de Neuroprotectión en un modelo experimental de isquemia en cultivos neuronales primarios

Los QN JMA101A, JMA98C, DDI89, DDI88, JMA12A, JMA11A, MC903 y MC902 se probaron en un modelo experimental de isquemia para evaluar su posible efecto neuroprotector después de una lesión isquémica. Para ello, los cultivos neuronales primarios se sometieron a condiciones de privación de oxígeno y glucosa (OGD) durante 4 h y se trataron al inicio del período de reoxigenación con los QN mencionados anteriormente, o compuestos de referencia como citicolina, NXY-059, QN23, o Contilizante.

La neuroprotección se controló mediante la medición de la viabilidad celular, según lo determinado por el ensayo MTT (Figura 2), en el que el grupo de control se estableció en el 100 por ciento. El grupo experimental no recuperado (OGD4h) mostró una disminución severa en la viabilidad celular (64,4 ± 1,4 por ciento, p < 0,0001 en comparación con el 100 por ciento de control, prueba t de una muestra), que solo se revirtió parcialmente después de la reoxigenación durante 24 h (R24h; 77,2 ± 1,3 por ciento, p < 0,0001, mediante la prueba t de Student). La adición de citicolina 100 µM, un conocido agente neuroprotector, provocó un aumento significativo en la viabilidad celular (82,8 ± 1,1 por ciento) en comparación con el grupo R24h (vehículo) no tratado (Figura 1). Cuando se agregaron los estándares NXY-059 [7], QN23 [7] o Contilisant [8] en lugar de citicolina, se lograron niveles más altos de viabilidad celular (88,9 ± 3,7 por ciento, 95,1 ± 1,4 por ciento y 88,7 ± 1,9 por ciento para 250 µM NXY-059, 100 µM QN23 y 50 µM Contilisant, respectivamente) (Figura 2).

El tratamiento con los nuevos QN proporcionó diferentes efectos sobre la recuperación del metabolismo celular después del insulto de OGD. En primer lugar, y sorprendentemente, casi el conjunto completo de QN proporcionó una mayor viabilidad celular que las células R24h no tratadas en todo el rango de concentración probado (0.1–250 µM). Basándonos en nuestra experiencia previa, inicialmente exploramos el rango de concentración de 1 a 250 µM, que se expandió a 0,1 µM en aquellos casos que aún mostraban una buena respuesta a bajas concentraciones. Los compuestos DDI88 y MC902 no se ensayaron a 250 µM a pesar de ejercer valores de viabilidad celular relativamente buenos debido a problemas de solubilidad. Solo los QN DDI89, JMA12A y JMA11A ejercieron un efecto tóxico, es decir, una menor viabilidad celular que el grupo sin tratar, R24h, en la concentración más alta probada de 250 µM. Los QN de mejor rendimiento JMA101A a 10 y 100 µM, JMA98C a 10 µM y MC903 a 10 µM y 100 µM lograron una mayor viabilidad celular que la citicolina (100 µM), la nitrona de referencia NXY-059 (250 µM) y Contilisant ( 10–50 µM). Sorprendentemente, el efecto MC903 a 10 µM y 100 µM (93,7 ± 2,1 por ciento y 93,8 ± 1,7 por ciento, respectivamente) alcanzó valores similares a los observados para QN23 (100 µM), nuestro QN más potente encontrado hasta la fecha [7] (Figura 2).

A partir de los resultados anteriores de viabilidad celular, definimos la actividad de neuroprotección como el efecto que logró una viabilidad celular superior a la producida por la recuperación normóxica sola, determinada por el grupo R24h sin tratar, que se estableció como 0 por ciento. La viabilidad celular del grupo de control se fijó en el 100 por ciento de la neuroprotección.

La neuroprotección inducida por los QN JMA101A, JMA98C, DDI89, DDI88, JMA12A, JMA11A, MC903 y MC902 y Contilisant se comparó con la inducida por los estándares NXY-059 y QN23 (Tabla 1). No es sorprendente, y de acuerdo con los valores de viabilidad celular más altos mencionados anteriormente, los QN JMA101A (10–100 µM), JMA98C (10 µM) y MC903 (10–100 µM) ejercieron el efecto neuroprotector más alto, incluso mayor que NXY{{ 19}}. Una vez más, 10 µM o 100 µM de MC903 lograron los valores de neuroprotección más similares a nuestro candidato principal de accidente cerebrovascular isquémico QN23. Estos hallazgos confirman la selección de QN como andamio adecuado en la búsqueda de ligandos neuroprotectores.

La modificación del núcleo QN no solo es fácilmente factible sino que también puede proporcionar nuevas funcionalidades y propiedades sin ser perjudicial para el efecto protector de OGD. Especialmente, para los resultados de viabilidad celular después de OGD presentados anteriormente, la relación estructura-actividad preliminar (SAR) informada aquí no ha proporcionado una combinación perjudicial significativa de restos estructurales para una nueva entidad protectora de OGD, y solo se encontraron cuatro compuestos neurotóxicos en el nivel más alto. concentración probada. Por otro lado, un QN específico, MC903, se ha revelado como el de mejor rendimiento del conjunto, con una actividad protectora de OGD similar a QN23.

Para evaluar la idoneidad de estas estructuras como impactos multipotentes, se requirió una evaluación de su efecto neuroprotector sobre las contribuciones patológicas específicas de la EA. Estos resultados se describen a continuación.

2.3. Evaluación de la Neuroprotección en un Modelo Experimental de EA en Neuronal línea celular

En un ensayo independiente y casi simultáneo, se llevó a cabo la actividad neuroprotectora de los QN diana (Figura 1) a diferentes concentraciones (0.3, 1, 3 y 10 µM) frente a tres estímulos tóxicos relacionados con la neurodegeneración encontrado en la EA usando melatonina como estándar, un agente neuroprotector bien conocido, con fines comparativos. En primer lugar, utilizamos un modelo de generación de especies reactivas de oxígeno utilizando un cóctel de bloqueadores mitocondriales, rotenona más oligomicina A (R/O). Como se muestra en la Tabla 2, los QN JMA98C y MC903 mostraron un perfil interesante frente a R/O. A las concentraciones de 1, 3 y 10 µM, JMA98C produjo un aumento significativo en la viabilidad celular frente a R/O (40,6 por ciento, 70,5 por ciento y 57,2 por ciento, respectivamente).

De manera similar, MC903, a 0.3, 1 y 3 µM, mostró un potente aumento en la viabilidad celular (44,1 por ciento, 40,4 por ciento y 74,9 por ciento). El máximo efecto protector de ambos QN se logró a la concentración de 3 µM. A continuación, analizamos nuestros ligandos en un modelo de hiperfosforilación de tau usando ácido okadaico (OA), un conocido inhibidor de la proteína Ser/Thr fosfatasa. En este modelo, ambos QN mostraron un aumento significativo en la viabilidad celular contra OA en las concentraciones de 1 y 3 µM (JMA98C: 52,9 por ciento y 78,3 por ciento, respectivamente; MC903: 46,7 por ciento y 56,2 por ciento, respectivamente). Finalmente, y basándonos en los resultados anteriores, investigamos el efecto neuroprotector de los QN JMA98C y MC903 después de un ataque tóxico administrado por A 25–35, como un objetivo biológico ampliamente aceptado que juega un papel clave en el progreso y desarrollo de la EA. Como se muestra en la Tabla 2, nuevamente QN MC903 mostró un efecto neuroprotector significativo, potente y de dosis-respuesta de 47,9 ± 8,9 por ciento a 3 µM, disminuyendo a 10 µM y alcanzando valores más bajos similares, alrededor de 28 por ciento, a 0,3 µM y 1 µM. Por lo tanto, a partir de dos laboratorios diferentes que llevaron a cabo ensayos independientes en los mismos QN para evaluar sus capacidades neuroprotectoras bajo un modelo de isquemia experimental y contra las agresiones tóxicas derivadas de la EA, se descubrió que QN MC903 brinda la mejor neuroprotección, fuerte y consistente, identificándolo como un potencial hit-compuesto para futuros estudios preclínicos.

2.4. Propiedades virtuales de absorción, distribución, metabolismo y excreción (ADME) de Compoy MC903

El perfil ADME virtual de MC903 se investigó como un punto clave para una molécula diseñada para actuar terapéuticamente en el cerebro. Además, las propiedades similares a las de las drogas del MC903 se predijeron utilizando el programa QikProp, y se estimaron las violaciones de la regla de 5 de Lipinski (ROF) y la regla de 3 de Jorgensen (ROT). Los parámetros ADME calculados (Tabla S1, Material complementario) están dentro de los rangos de referencia y no muestran ninguna violación para ROF y ROT. Este análisis confirma que el ligando MC903 posee los perfiles farmacocinéticos adecuados necesarios para su distribución en el cuerpo humano, siendo permeable a la barrera hematoencefálica. Como tal, MC903 tiene potencial como candidato principal en el desarrollo de fármacos para la EA y los accidentes cerebrovasculares.

tEl mecanismo del efecto neuroprotector de Cistanche

Cistanche es una hierba china tradicional que se ha informado que tiene efectos neuroprotectores. Los mecanismos detrás de estos efectos no se comprenden completamente, pero existen varios mecanismos posibles propuestos por los investigadores:

1. Actividad antioxidante: se ha descubierto que los extractos de Cistanche poseen una potente actividad antioxidante, que puede proteger contra el daño neuronal inducido por el estrés oxidativo.

2. Efectos antiinflamatorios: la inflamación es una causa común de enfermedades neurodegenerativas y se ha demostrado que los extractos de cistanche tienen efectos antiinflamatorios que pueden atenuar el daño neuronal.

3. Protección de la función mitocondrial: la disfunción mitocondrial es un contribuyente clave al daño neuronal y la muerte celular, y se ha descubierto que los extractos de cistanche protegen contra el daño mitocondrial y mejoran la función mitocondrial.

4. Activación de factores neurotróficos: los factores neurotróficos son sustancias químicas que promueven el crecimiento y la supervivencia de las neuronas, y se ha demostrado que los extractos de cistanche aumentan la expresión de factores neurotróficos como el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF) y el factor de crecimiento nervioso (NGF) .

Continuará...

José M. Alonso 1,†, Alejandro Escobar-Peso 2,† , Alejandra Palomino-Antolín 3,†, Daniel Diez-Iriepa 1,4 , Mourad Chioua 1 , Emma Martínez-Alonso 2 , Isabel Iriepa 4,5 , Javier Egea 3,* , Alberto Alcázar 2,* y José Marco-Contelles 1,*

1 Laboratorio de Química Médica (IQOG, CSIC), Juan de la Cierva 3, 28006 Madrid, España; xosemag@yahoo.es (JMA); daniel.diezi@uah.es (DD-I.); mchioua@gmail.com (MC)

2 Departamento de Investigación, IRYCIS, Hospital Ramón y Cajal, Ctra. Colmenar Km 9.1, 28034 Madrid, España; alejandro.escobar@hrc.es (AE-P.); emma.martinez@hrc.es (EM-A.)

3 Molecular Neuroinflammation and Neuronal Plasticity Research Laboratory, Research Unit, Hospital Universitario Santa Cristina, Instituto de Investigación Sanitaria-Hospital Universitario de la Princesa, 28009 Madrid, Spain; apantolin@gmail.com 

4 Departamento de Química Orgánica y Química Inorgánica, Universidad de Alcalá, Ctra. Madrid-Barcelona Km 33,6, 28871 Alcalá de Henares, España; isabel.iriepa@uah.es 5 Instituto de Investigaciones Químicas Andrés M. del Río, Universidad de Alcalá, 28805 Alcalá de Henares, España