[00114723]一叶萩型生物碱促神经细胞分化的作用机制和构效关系研究

阿尔茨海默症（Alzheimer’s disease, AD）是一种由脑部疾病引起的以进行性认知功能障碍和记忆损害为特征的中枢神经系统退行性疾病,已成为继心脑血管疾病和癌症后的人类“第三大杀手”。现阶段,对于这类疾病尚无有效控制病程进展的措施,患者最终将丧失生活能力甚至死亡,其确切病因和发病机制尚不清楚,大量研究表明其发病是一个多机制、多因素的复杂过程。目前,上市药物以胆碱酶抑制剂（如多奈哌齐、石杉碱甲等）和NMDA受体非竞争性拮抗剂（如美金刚等）为主,但都仅能改善AD病人记忆、认知等症状,不能延缓或逆转病程发展。因此,开展针对AD的创新药物研究将具有十分广阔的市场前景和深远的社会意义。神经突起的断损、萎缩和神经元死亡是AD病情发展的主要标志。在AD患者的大脑病理切片中发现了大量神经突的萎缩和突触的丢失,从而损坏了神经网络,导致患者出现认知、记忆障碍等。因此,寻找能够有效促进前体细胞向神经元分化以及神经突起生长的药物将有利于神经的再生,从而重建损坏的神经网络、修复大脑功能。神经再生需要具有促进神经分化和突触生长的神经营养物质进行刺激才能够实现。神经生长因子（NGF）是一类由神经元、神经支配的靶组织或胶质细胞产生的能促进中枢和外周神经发育、分化、生长、再生和功能特性表达的活性蛋白质,具有神经元营养和促突触生长的双重生物学功能。后来人们又陆续发现脑源性神经生长因子（BDNF）、神经营养素-3（NT-3）和NT-4/5及源自非哺乳动物的NT-6和NT-7。国内外对这些蛋白质的结构及生物活性进行了大量的研究,目前NGF已开发用于AD等神经系统疾病的临床试验。然而,因这些蛋白类物质化学性质不稳定、半衰期短、药代动力学特性欠佳、且不易通过血脑屏障等因素以及针对这类物质的来源、长期用药的途径、转基因技术的应用及昂贵的费用等原因,其临床应用受到一定的限制。与内源性蛋白质相比,天然产物具有分子量小、易透过血脑屏障、来源广泛、化学性质稳定等优点。因此,从天然产物中寻找具有NGF样促神经细胞分化的小分子活性物质对抗AD候选新药的开发具有重要意义。 一叶萩型生物碱主要分布于大戟科植物,其代表性化合物一叶萩碱具有与士的宁相似的中枢神经系统兴奋活性,在临床上主要用于治疗小儿麻痹后遗症和面神经麻痹,最近有研究发现其对AD也具有潜在的治疗作用,但作用机制尚不明确。因此,进一步构建该类成分的化合物库,深入评价其体内外活性,可为治疗AD的小分子药物的研究与开发提供科学依据。本项目对白饭树枝叶、根和花的总生物碱部位进行了系统的化学成分研究,从中分离并鉴定了84个生物碱类化合物,其中新化合物43个,包括4种具有新颖骨架结构的一叶萩型生物碱。首次发现了具有异噁唑啉环结构片段的一叶萩型生物碱二聚体和具有鸟笼状骨架结构的一叶萩型生物碱,还首次发现了具有高度轴对称骨架结构的一叶萩型生物碱二聚体以及由二氢降一叶萩碱和降一叶萩醇单体通过C-12-C-15碳碳键直接相连的二聚体产物。另外,也对一叶萩的枝叶和根的总生物碱部位进行了系统的化学成分研究,从中分离并鉴定了91个生物碱类化合物,其中新化合物50个,包括10种具有新颖骨架结构的生物碱类化合物。首次发现高度共轭的全新C20骨架结构的吲哚里西啶类生物碱。利用PC12、N2a等细胞模型进行活性筛选,发现新骨架化合物和部分一叶萩型生物碱具有显著的促神经细胞分化的活性。在不同时间点,用活性化合物15μM对Neuro-2a细胞进行处理,Western blotting结果显示,活性化合物可激活了CaMKII、Akt和ERK的磷酸化,提示该类成分促神经细胞分化活性可能是通过CaMKII、PI3K/Akt和MEK/ERK这几条信号通路介导的。结合活性实验结果,探讨不同骨架类型的一叶萩型生物碱类成分其结构（不同的骨架类型、手性碳数目与构型、一叶萩型生物碱多聚体中各个片段的连接方式等）与促PC12或N2a细胞分化作用的构效关系。结果显示,C-15位上连有含氮原子基团是活性必要基团,与促神经细胞分化活性有关。 本项目对白饭树属植物中的一叶萩型生物碱展开系统的研究,从中发现了6个新型的抗AD先导化合物,阐明了一叶萩型生物碱促神经细胞分化的活性及其作用机制,为研究和开发小分子抗AD新药提供科学依据和有力支撑,具有显著的社会效益。同时,本项目将带动白饭树属植物资源的开发,为中药资源的综合利用提供示范模式,对提升中草药的技术附加值起到积极促进作用。同时,将促进产业层次提升,推动资源依赖型向科技型产业跨越,进而实现产业的战略转型。大力发展中药产品,在降低医药成本、降低药价、提高全民医疗水平、减轻国家医疗负担等方面,都具有积极的社会意义和显著的经济效益。目前,已申请发明专利2项,授权2项;培养博士研究生1名,硕士研究生3名;发表SCI论文10篇。