Potencijal prirodno dobivenih alkaloida kao višeciljanih terapijskih sredstava za neurodegenerativne bolesti

Kontakt:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

Sažetak:Alkaloidisu klasa sekundarnih metabolita koji se mogu dobiti iz biljaka, gljiva i morskih spužvi. Nadaleko su poznati kao kontinuirani izvor lijekova za liječenje kroničnih bolesti uključujući rak, dijabetes i neurodegenerativne bolesti. Na primjer, galantamin i huperzin A sualkaloidderivati ​​koji se trenutno koriste za simptomatsko liječenje neurodegenerativnih bolesti. Etiologija neurodegenerativnih bolesti je poligena i multifaktorijalna uključujući ali ne ograničavajući se na upalu, oksidativni stres i agregaciju proteina. Stoga su alkaloidi na bazi prirodnih proizvoda s polifarmakološkim svojstvima modulacije potencijalno korisni za daljnji razvoj lijekova ili, u manjoj mjeri, kao nutraceutici za upravljanje neurodegeneracijom. Ovaj pregled ima za cilj raspraviti i sažeti najnovija dostignuća o prirodno dobivenim alkaloidima za neurodegenerativne bolesti.

Ključne riječi:alkaloidi; višestruko ciljano sredstvo; kolinesteraza; neuroprotektivno; neuroinflamacija; neurogeneza; amiloid-beta; tau protein; sličnost drogi

SpriječitiAlzheimerova bolestbolest sacistanche

Yew Rong Kong 1,†, Kai Ching Tay 1,†, Yi Xiang Su 1, Choon Kwang Wong 1, Wen Nee Tan 2,* i Kooi Yeong Khaw

1 Biofunctional Molecule Exploratory Research Group (BMEX), Farmaceutski fakultet, Sveučilište Monash Malezija, Jalan Lagoon Selatan, Bandar Sunway 47500, Malezija

2 Chemistry Section, School of Distance Education, Universiti Sains Malaysia, Penang 11800, Malezija

1. Uvod

Neurodegenerativnibolestisvrstavaju se u skupinu kroničnih bolesti koje su uglavnom neizlječive, a karakterizirane su progresivnim gubitkom pamćenja i/ili odumiranjem neuronskih stanica u središnjem živčanom sustavu. Neki primjeri uključuju Alzheimerovu bolest (AD) i Parkinsonovu bolest (PD), a planovi liječenja ovih bolesti samo su simptomatski tretmani koji ne zaustavljaju napredovanje bolesti [1,2]. Većina ovih bolesti usko je povezana s dobi. Svaka neurodegenerativna bolest povezana je s različitim kliničkim manifestacijama poput kognitivne disfunkcije i poremećaja svakodnevnog funkcioniranja [3]. U 2016. godini oko 43,8 milijuna ljudi bolovalo je od demencije i 6,1 milijun ljudi od Parkinsonove bolesti, a brojke nastavljaju rasti iz godine u godinu [4,5]. AD čini približno 75 posto svih slučajeva demencije, stoga se smatra najčešćim oblikom demencije [6,7].

Simptomi AD-a uključuju gubitak pamćenja, a može napredovati do uznapredovalog stadija koji se očituje kao agitacija, apatija, agresija, halucinacije, lažna uvjerenja i kognitivna disfunkcija; na kraju, teški bolesnici s AD-om umiru od gubitka osnovnih fizioloških funkcija i komplikacija uzrokovanih infekcijama [8-10]. Mogućnosti liječenja za AD ograničene su na inhibitore kolinesteraze uključujući donepezil, rivastigmin i galantamin te antagonist N-metil-D-aspartatnog receptora (NMDA) nazvan memantin. Dok inhibitori kolinesteraze inhibiraju razgradnju acetilkolina radi povećanja kolinergičke neuronske aktivnosti u središnjem živčanom sustavu, memantin sprječava neurotoksičnost izazvanu viškom glutamata [11]. PD je karakteriziran prisutnošću sporosti pokreta i barem jednim od sljedećih simptoma uključujući tremor u mirovanju, posturalnu nestabilnost ili rigidnost mišića. PB se općenito liječi lijekovima koji povećavaju aktivnost dopaminergičkih živaca, uključujući levodopu i agoniste dopamina, kao i lijekovima koji suzbijaju metabolizam dopamina, uključujući inhibitore katehol-O-metiltransferaze (COMT) i inhibitore monoaminooksidaze B (MAO-B) [12]. Oba stanja nemaju lijek koji bi zaustavio napredovanje bolesti ili poništio štetu. AD je multifaktorijalna bolest jer je njezina etiologija povezana s nakupljanjem amiloida-beta, hiperfosforilacijom tau proteina, ekscitotoksičnošću, oksidativnim stresom i neuroinflamacijom [7,13]. Dok je PD povezan s nakupljanjem unutarstaničnih proteina koji sadrže agregate kao što su ubikvitin i alfa-sinuklein (-Syn) koji tvore Lewyjeva tjelešca, dopaminergičkom neurodegeneracijom u substantia nigra pars compacta (SNpc) i neuroinflamacijom [12,14].

Cistanche herba može poboljšati pamćenje

Još jedna sličnost između AD i PB je da su obje bolesti povezane s neuroinflamacijom. Neuroinflamacija izazvana amiloid-beta plakovima u AD-u i alfa-sinukleinskim agregatima u PD-u znatno pogoršava gubitak kolinergičkih odnosno dopaminergičkih neurona [11,14]. Budući da trenutne opcije liječenja pružaju samo simptomatsko olakšanje, stalna istraživanja usmjerena su na prepoznavanje višestruko ciljanih terapijskih opcija za neurodegenerativne bolesti. Prirodni proizvodi su plodan izvor terapeutskih potencijala. Na primjer, prirodnog porijeklaalkaloidiuključujući huperzin A i galantamin iz ljekovitih biljaka otkriven je i istražen njihov potencijal u liječenju AD-a [15]. Do danas, promjena paradigme prema višeciljanom modulacijskom pristupu u liječenju neurodegenerativnih bolesti u skladu je s prevladavajućim karakterističnim derivatima prirodnih proizvoda s višeciljanim svojstvima. Ovaj pregled pruža najnoviju literaturu o inhibitorima kolinesteraze na bazi alkaloida i njihovoj in vivo učinkovitosti na životinjskim modelima, ističući njihove mehanizme u eksperimentalnim modelima povezanim s neurodegenerativnim poremećajima, uključujući neuroprotekciju, neuroupalu, neurogenezu, tau patologiju i amiloid- beta akumulacija. Jedna od prepreka u razvoju lijeka uključuje svojstva slična lijeku. Stoga se također provodi analiza fizikalno-kemijskih svojstava spojeva na bazi alkaloida.

2. Potencijal inhibicije kolinesteraze alkaloida dobivenih iz prirodnih proizvoda

Acetylcholinesterase enzyme (AChE) is predominantly found in the cholinergic synapses while butyrylcholinesterase enzyme (BuChE) is a non-substrate-specific enzyme that can be found throughout the body including in glial cells. Low levels of AChE and high levels of BuChE have been reported as AD progress [16]. Acetylcholinesterase enzyme inhibitors (AChEi) including galanthamine (1) and donepezil are drugs that have been approved by the Food and Drug Agency (FDA) to manage AD. Archie is used to enhance acetylcholine (ACh), a neurotransmitter responsible for cognition at a homeostatic level in the brain [17–19]. Therefore, chemical compounds able to inhibit the AChE enzyme or both AChE and BuChE enzymes (dual inhibitor) are considered essential in the management of the progression of AD. In this review, all naturally occurring alkaloids are categorized by their inhibitory activities in IC50. By definition, IC50 is a measure of the potency that one chemical substance has to inhibit a specific biological or biochemical function [11]. The inhibition in three categories (IC50 ≤ 10 µM, 10–50 µM, and >50 µM) prikazan je na slici 1.

Indolski alkaloidi su među najvećom skupinom heterogenih sekundarnih metabolita, koji se sastoje od šesteročlanog aromatskog prstena spojenog s peteročlanim pirolnim prstenom koji sadrži dušik [36]. Prijavljeno je da se rescinamin (3) iz Rauvolfifia reflex ponaša kao dvostruki inhibitor kolinesteraze (IC50 AChE 11,01 µM; BuChE 8,06 µM) [20]. Monoterpenski indolni alkaloidi prepoznaju se kao molekule koje sadrže monoterpenoidnu jedinicu spojenu s indolnim ostatkom. Monoterpenski indol alkaloidi (4-6) izolirani iz Nauclea Officinalis posjeduju selektivno BuChE inhibitorsko djelovanje. Dokazano je da Augustin (4), nuklein (5) i Augustin (6) inhibiraju BuChE s IC50 u rasponu od 1,03 do 7,70 µM. Kinetička studija pokazala je da je 4 bio inhibitor miješanog načina rada s Ki vrijednošću od 6,12 µM [21].

-karbolinski alkaloidi čine indolni dio fuzioniran na C-3 i C-4 piridina na njegovom orto-položaju [37]. Prijavljeno je da deset -karbolin alkaloidi (7-16) Peganum harmala posjeduju inhibitorne aktivnosti kolinesteraze s IC50 vrijednostima<10 µm.="" harmol="" (8),="" harmalol="" (13),="" deoxyvasicine="" (15),="" and="" vaccine="" (16)="" were="" potent="" inhibitors="" of="" buche="" with="" ic50="" values="" in="" the="" range="" of="" 0.04="" to="" 0.66="" µm.="" however,="" harmine="" was="" the="" most="" potent="" ache="" inhibitor="" with="" an="" ic50="" of="" 1.21="" µm="" among="" the="" indole="" alkaloids.="" a="" preliminary="" structure-activity="" relationship="" study="" showed="" that="" multiple="" substitutions="" at="" the="" indole="" ring="" and="" saturation="" of="" the="" pyridine="" ring="" were="" essential="" for="" the="" cholinesterase="" inhibition="" effects="" [22].="" 3-ethyl-12-methoxy-β-="" carboline="" (17)="" and="" 6,12-dimethoxy-3-ethyl-β-carboline="" (18)="" from="" picrasma="" quassinoids="" were="" reported="" as="" possessing="" ache="" inhibitory="" properties="">

Slika 2 otkriva da je ukupno 55 alkaloida identificirano kao AChEi, dok su 24 alkaloida identificirana kao BuChEi. U osnovi, pokazalo se da 16 alkaloida inhibira oba enzima pri IC50 vrijednostima jednakim ili manjim od 10 µM. Tablica 1 navodi bioaktivne alkaloide izolirane iz biljaka zajedno s njihovim inhibitornim djelovanjem na kolinesterazu, dok slike 3 i 4 prikazuju kemijske strukture alkaloida 1-61.

Izokinolinski alkaloidi su među različitim klasama alkaloida dobivenih iz prirodnih izvora. Sastoje se od izokinolinskog ili tetrahidroizokinolinskog prstena kao svog osnovnog kostura [38]. Advice (19) je bio najjači dvostruki inhibitor kolinesteraze s IC50 vrijednostima od 0.15 i 0.88 µM i za AChE i za BuChE. Ranitidin (20) je imao slabiju inhibitornu aktivnost prema AChE i BuChE od 19 s IC50 vrijednostima od 0,65 µM odnosno 5,73 µM [24]. Usporedbom molekularnih struktura, tercijarni amin je prisutan na položajima 7 od 19 i 20 i odgovoran je za visok afinitet vezanja prema AChE i BuChE. Berberin klorid (21) i 13-alkilberberin (22) još su dva izokinolinska alkaloida izvedena iz rizoma Coptis Chinensis koji posjeduju nešto drugačije molekularne strukture od 19 i 20. Iako su i 21 i 22 imali IC50 > 10 µM prema BuChE, 21 pokazao je jaču inhibitornu aktivnost prema AChE s IC50 od 1,1 µM nego 22 s IC50 od 5,6 µM [25]. Usporedbom molekularne strukture obaju alkaloida, vidi se da je prisutnost metilne skupine na položaju 13 u strukturi 22 odgovorna za smanjenu inhibitornu aktivnost protiv AChE i BuChE.

Alkaloidi aporfin i proaporfin prirodno su izvedeni iz izokinolina. Općenito, raspoređeni su u obiteljima Annonaceae, Lauraceae, Magnoliaceae i Menispermaceae [39]. Ispitivanje ekstrakata Stephania Epigaea [26], Illigera aromatic [40], Beilschmiedia sp. [27], Monimiaceae i Magnoliaceae [41] rezultiralo je izolacijom niza alkaloida tipa aporfina i proaporfina. Među njima su epinastin B (23), dehidrodicentrin (24), roman (25), doktrina (26), 2-hidroksi-9-metoksiaporfin (27), laurotetanin (28), liriodenin (29), oreobeilin (30), boldin (31), sekoboldin (32), asimilobin (33), (S)-3-metoksinordomesticin (34) i izoboldin (35) pokazali su značajno inhibitorno djelovanje na AChE [26,27] .

Alkaloidi tipa likorina, također poznati kao alkaloidi Amaryllidaceae, pripadaju velikoj skupini izokinolinskih alkaloida. Mogu se naći u biljkama iz obitelji Amaryllidaceae. Izolirani su mnogi alkaloidi likorinskog tipa, uglavnom koncentrirani u lukovicama i lišću [42]. Alkaloidi tipa likorina, uključujući galantin (36) i 1 iz Zephyranthes carinata, pokazali su inhibicijsku aktivnost AChE protiv AChE [28].

Steroidni alkaloidi jedna su od važnih klasa alkaloida dobivenih iz biljaka. Imaju osnovnu steroidnu okosnicu s atomom dušika prisutnim u prstenu ili bočnom lancu [43]. Prijavljeno je da tri nova steroidna alkaloida Mokluangini A–C (37–39) iz Holarrhena pubescens posjeduju inhibitornu aktivnost AChE u rasponu od 1,44 do 4,09 µM, u kojoj supstitucija na C-3 služi kao ključ u modulaciji AChE inhibitorna aktivnost [29]. Izosteroidni alkaloidi su jedni od reprezentativnih steroidnih alkaloida koji pripadaju C-27 skeletnom tipu [43]. Za sedam izosteroidnih alkaloida (40-46) iz Fritillaria walujewii prijavljeno je njihovo potencijalno inhibitorno djelovanje na kolinesterazu. Pokazalo se da tortifolin (40), Walujewine C (41), Sinpeinine A (42), Walujewine A (46) i Walujewine E (44) inhibiraju AChE s IC50 vrijednostima od 5,8 do 9,8 µM, dok je za sve spojeve dokazano da inhibiraju BuChE manji od 10 µM osim 46. Može se zaključiti da su svi spojevi dvostruki inhibitori kolinesteraze osim 43, 45 i 46 [30].

cistanche na prodaju

Piroloiminokinonski alkaloidi uglavnom su izolirani iz morskih organizama. Važni piroloiminokinonski alkaloidi uključuju diskorhabdine, prognoze, bazilione, wakayine i kamarone [44]. Discorhabdins G (47) i B (48) s Antarktika Latrunculia sp. spužve su pokazale AChE inhibitorne aktivnosti s IC50 vrijednostima od 1,3 odnosno 5,7 µM [31]. Lycopodium alkaloidi su zanimljiva klasa alkaloida, koji se obično nalaze u biljkama Lycopodiaceae. Sastoje se od alkaloida tipa kinolizina, piridina i -piridona [45]. Općenito, likopodijevi alkaloidi se sastoje od C16 kostura i povremeno imaju C32 kosture kada postoje kao dimeri [46]. Među izoliranim likopodijevim alkaloidima, huperzin A (2) pojavio se kao dobro poznati inhibitor AChE u liječenju AD [45]. Skvaroza A (49) i pirolhuperzin A (50) izolirani su kao novi Lycopodium alkaloidi iz Huperzia squarrosa, zajedno s poznatim 2 i 12-epilikodolin N-oksidom (51). Na temelju nalaza, huperzin A bio je najjači za inhibiciju AChE, a slijede ga 49, 50 i 51 [32]. U nastavku studije na istoj biljci, H. squarrosa dala je 52 kao novi alkaloid likopodija s inhibicijskim potencijalom AChE [33].

Alkaloidi likodinskog tipa pripadaju klasi likopodijevih alkaloida. Općenito, sastoje se od četiri prstena, uključujući jedan piridinski ili piridinski prsten. Poznato je da alkaloidi likodinskog tipa pokazuju inhibicijsko djelovanje na AChE [46]. U studiji provedenoj na alkaloidima likodinskog tipa uključujući Lycocasuarinine D (53), Lycocasuarinine A (54), N-demetilhuperzinin (55) i huperzin C (56) iz Lycopodiastrum casuarinoides, objavljeno je da imaju potencijal inhibicije kolinesteraze. 50 i 51 pokazali su inhibiciju AChE s IC50 vrijednostima od 0,22 i 4,74 µM, dok su 55 i 56 bili dvostruki inhibitori kolinesteraze [34].

Flavoalkaloidi su jedinstvena podklasa alkaloida koja se sastoji od osnovnog kostura flavonoida spojenih s prstenovima koji sadrže dušik, kao što su pirolidinon, pirolidin, indol, piperidin, piperidin i aminoglikozid [47]. Do danas je prijavljeno manje od 100 prirodno nastalih keloida okusa, iako je utvrđeno da pokazuju širok raspon bioaktivnosti [35,47]. U nedavnoj studiji, pet novih keloida s okusom cimeta izolirano je iz Camellia sinensis. Spojevi su bili poznati kao 3-O-cinamoilepikatehin (57), (−)-6-(5"' S)

N-etil-2-pirolidinon-3-O-cinamoilepikatehin (58), (−)-6-(5"'R)-N-etil-2-pirolidinon{{1{{ 30}}}} O-cinamoilepikatehin (59), (−)-8-(5"'S)-N-etil-2-pirolidinon-3-O-cinamoilepikatehin (60) i (− )-8-(5"'R)-N-etil-2-pirolidinon-3-O-cinamoilepikatehin (61). Svi keloidi okusa pokazali su značajnu inhibitornu aktivnost AChE s IC50 u rasponu od 0,126 do 1,040 µM Studija je otkrila da je položaj C-6 ključan u inhibicijskim aktivnostima AChE [35].

3. Višeciljani modulacijski potencijal alkaloida u neurodegenerativnim bolestima

Desetljećima su istraživači bili snažno usredotočeni na otkrivanje lijekova koji potencijalno mogu modificirati napredovanje neurodegenerativnih bolesti, na primjer, otkriće inhibitora sekretaze na temelju amiloidne hipoteze za Alzheimerovu bolest. Nažalost, niti jedan od kandidata nije pokazao obećavajuće rezultate u poboljšanju progresije bolesti u završnoj fazi kliničkih ispitivanja. Inhibitori kolinesteraze ostali su lijekovi za liječenje bolesti i daljnja su istraživanja potaknuta da istraže potencijal alkaloida u liječenju neurodegenerativnih stanja uz njihovu aktivnost kolinesteraze [48]. Unatoč snažnim svojstvima protiv kolinesteraze koja pomažu u poboljšanju kognitivne funkcije, proveli smo pretragu alkaloida u tablici 1 koji imaju potencijalno inhibitorno djelovanje na kolinesterazu i prikupili nekoliko studija koje su izvijestile o potencijalu ovih alkaloida da djeluju na višestruke druge mete, pružiti pregled višeciljnog modulacijskog potencijala ovih spojeva. Međutim, ne može se isključiti da spojevi s nižim inhibicijskim djelovanjem kolinesteraze nisu potencijalno korisni za neke druge mete u neurodegenerativnim bolestima. Ovaj odjeljak uglavnom se fokusira na Alzheimerovu bolest (AD) i Parkinsonovu bolest (PD). Skup mehanizama na koje ti alkaloidi djeluju uključuje neuroprotekciju, neuroinflamaciju, neurogenezu, amiloid-beta agregaciju (A) i tau hiperfosforilaciju.

3.1. Neuroprotekcija

Neuroprotekcija usporava gubitak neurona i naknadnu progresiju neurodegenerativnih bolesti različitim putovima, uključujući smanjenje oksidativnog stresa, mitohondrijske disfunkcije, agregacije proteina, upale, ekscitotoksičnosti i stanične apoptoze [49].

Nekoliko je studija pokazalo da harman (7), harmol (8), harmin (9), harmalin (12) i harmalol (13) pripadaju klasi indol-karbolina (tablica 1), pokazuju neuroprotektivni potencijal protiv oštećenja neurona. Studija In Vitro pokazala je da 7 štiti od toksičnosti izazvane H2O2-u stanicama neuroblastoma tako što smanjuje smanjenu vitalnost stanica [50]. Ovaj model je povezan s neuronskim ozljedama uzrokovanim oksidativnim stresom koji je uključen u razvoj neurodegenerativne bolesti.

12 naširoko se koristi za izazivanje tremora u glodavaca, nije pronađen nikakav negativan učinak samo na dopaminergičke PC12 stanice u koncentraciji od 50 µM, isto za njegov metabolit harmalol 13 [51]. Rezultat se podudara s dvije druge studije koje su pokazale da samo 12 i 13 nemaju toksičnost na PC12 stanice [52,53]. MPP plus je neurotoksin za dopaminergičke neurone koji su uključeni u Parkinsonovu bolest (PD). Uloga spoja 7 u suzbijanju učinaka 1-metil-4- fenilpiridinija (MPP plus ) postiže se potisnutim mitohondrijskim transmembranskim potencijalom (MMP), otpuštanjem citokroma c, aktivacijom kaspaze-3, reaktivnim vrstama kisika ( ROS) i razine GSH In Vitro [51-53]. Oksidacija dopamina pokreće različite kaskade za stvaranje endogenih neurotoksina koji pridonose neurodegeneraciji [54,55]. U slučaju 12, pokazalo se da neutralizira toksične učinke oksidacije dopamina nametnute mitohondrijima mozga Ex Vivo. To se pripisuje antioksidativnim svojstvima 12 putem održavanja aktivnosti tioredoksin reduktaze i inhibicije oksidacije tiola, a time i stvaranja proizvoda oksidacije dopamina [56]. Osim toga, 9 i 12 pojačali su antioksidativne enzime kao što su superoksid dismutaza [57] i glutation peroksidaza (GPx) In Vitro, dok su u drugim studijama smanjili porast ROS-a i oksidaciju tiola, što je dovelo do pojačanog antioksidativnog obrambenog mehanizma za stvaranje neuroprotektivnog učinka [52,53,58,59].

Osim toga, 9 je pokazao neuroprotektivne učinke regulacijom razina proteina glutamat transportera-1 (GLT-1) i unosa glutamata ovisnog o GLT-1 i glutamat aspartat transporteru (GLAST) u astroglijalnim stanicama i u kortikalno tkivo SOD1G93A miševa, transgenični mišji model amiotrofične lateralne skleroze [60]. Ovi prijenosnici glutamata održavaju nisku izvanstaničnu koncentraciju glutamata, koji je ekscitacijski neurotransmiter, pri čemu njegovo nakupljanje doprinosi ekscitotoksičnosti [61]. Štoviše, nedavni sustavni pregled pokazao je da 9 poboljšava pamćenje i učenje te je pokazao neuroprotektivne učinke na hipokampus u pretkliničkim eksperimentalnim modelima [62]. Navodno je bio uključen u regulaciju GLT-1, smanjenje ROS-a, povećanje moždanog neurotrofnog faktora (BDNF) i imao je protuupalne učinke. U kontekstu PD-a, 9 je nedavno istražen zbog njegovog učinka razgradnje na -sinuklein In Vitro. Sustav ubikvitin-proteasom (UPS) jedan je od sustava koji uklanja - sinuklein preko proteolitičke aktivnosti proteasoma i pokazalo se da 9 povećava proteolitičku aktivnost putem fosforilacije protein kinaze A (PKA) i stoga poboljšava UPS za klirens -sinukleina [63, 64].

13, metabolit 9, uključen je u rezultate prethodno spomenutih studija kao spoj od interesa i utvrđeno je da 13 pruža neuroprotekciju putem moduliranja oksidativnog stresa, MMP-a i apoptoze In Vitro [51-53]. Ovi su nalazi pokazali smanjenje ROS-a i oksidacije tiola, povećanje razine GSH i smanjenje gubitka MMP [51-53,65]. Učinak 13 na dva procesa uključena u posredovanje stanične smrti, a to je otpuštanje citokroma c i aktivacija kaspaze-3, također je istražen, a 13 je smanjio oba [51,66].

Istraživanje zaštitnih učinaka berberin klorida (21), koji je izokinolinski alkaloid (tablica 1), na neurodegeneraciju posljednjih je godina sve popularnije. U in vivo studiji, prethodni tretman 21 na 6-hidroksidopamin (6-OHDA)-stimuliranoj neurotoksičnosti koja modelira PD kod štakora značajno je smanjio apomorfinom izazvane rotacije i gubitak Nisslom obojene substantia nigra pars compacta ( SNpc) neurona, i oslabio je smanjenje imunoreaktivnosti tirozin hidroksilaze u SNpc dopaminergičkim neuronima [67]. Studija In Vitro pokazala je da 21 ima neuroprotektivna svojstva protiv neurodegeneracije posredovane oksidativnim stresom putem aktivacije Akt/GSK, Akt/GSK3 /Nrf-2 i PI3K/Akt/Nrf2 signalnih kaskada, povećavajući p-CREB, stimulirajući NGF i Oslobađanje BDNF-a, smanjenje nuklearne translokacije NF-κB, suzbijanje TNF-a, COX-2, IL-1B, NF-κB i regulacija kaspaze-1, kaspaze-3, Bax, Povišenje Bcl-2, ciklin D1 i p53 [68]. Osim rezultata koji su jednaki prethodnim studijama, Deng i tim izvijestili su o 21 smanjenoj proizvodnji ROS-a i poništenju smanjenja MMP-a In Vitro, te sugerirali 21 neuroprotektivne učinke aktivacije puta PI3K/Akt u neurotoksičnosti izazvanoj rotenonom [69]. 21 također je dokazano da štiti PC-12 stanice od oksidativnog oštećenja putem mitofagije posredovane PI3K/AKT/mTOR [70]. Wallerian-like degeneracija (WLD) je degeneracija aksona, koja se proteže od distalnog aksona do mjesta ozljede i javlja se u neurodegenerativnim bolestima [71]. Zanimljivo, otkriveno je da je 21 nekompetitivni inhibitor proteina 1 koji sadrži sterilni alfa i interleukin receptorski motiv (SARM1), koji je ključni medijator za WLD, što daje postotak inhibicije od primarnog pregleda od 70 posto [72] . Ista studija dodatno je testirala njegovu aktivnost inhibicije na SAM1-2TIR domeni bakterijskih i Expi293 stanica kako bi se potvrdili nalazi i dobivene vrijednosti IC50 od 110 ± 10 µM odnosno 77 ± 5 µM. Uz to, 21 je povećao CYP2J2, protein za koji je utvrđeno da štiti od modela PD-a, putem stimulacije receptora alfa aktiviranog proliferatorom peroksisoma (PPAR-) In Vitro [73]. Studija in vivo pokazala je da 21 sprječava inhibiciju dehidrataze aminolevulinske kiseline (δ-ALA-D) i sprječava oštećenje purinergičkog prijenosa prigušivanjem gubitka aktivnosti NTPDaze, ADP, 50 -nukleotidaze i ADA u demenciji izazvanoj streptozotocinom, u kojoj regulacija ovog prijenosa igra ulogu u obradi pamćenja [74,75]. Međutim, aktivnost δ-ALA-D u specifičnim neuronskim stanicama zahtijeva daljnje istraživanje zbog ograničenih dostupnih studija.

cistanche na prodaju

Stimulacija aktivnosti glijalnih hemikanala pojačava oslobađanje ATP-a i glutamata koji naknadno inducira neuronsku smrt, dok se Reticulon-3 (RTN3) nakuplja u AD mozgu i olakšava razvoj distrofičnih neurita [76,77]. Za Boldine (31), aporfinski alkaloid (Tablica 1), objavljeno je da smanjuje aktivnost astroglijalnih hemikanala bez utjecaja na komunikaciju spojeva praznina, smanjujući otpuštanje ATP-a i glutamata. Studija in vivo pokazala je da je 31 zaštićen od neuronskog oksidativnog stresa i neuritskih distrofija koje okružuju amiloid-beta (A) plakove, gdje su opažena manja i manje područja RTN3 imunoreaktivnih distrofičnih neurita (RIDN) u APP/PS1 miševa [78]. U drugoj studiji, 31 razgrađeni H2O2, smanjena razgradnja deoksiriboze posredovana željezom i EDTA-om i stvaranje melanina oksidacijom dopamina, smanjeni gubitak MMP-a, povišenje citokroma C, gubitak aktivnosti tioredoksin reduktaze, inhibirana oksidacija tiola izazvana dopaminom i {{15} }OHDA i PC-12 gubitak vitalnosti stanica i aktivacija kaspaze-3 izazvana dopaminom [79].

Studija in vivo pokazala je da je deoksivazicin (15), koji je -karbolin alkaloid (Tablica 1), štitio neurone od oštećenja izazvanih oksidativnim stresom u dozi od 15 mg kg−1. Studija je pokazala da je količina glutation peroksidaze (GPx) bila značajno povišena primjenom 15, što je kasnije pojačalo antioksidativni obrambeni mehanizam u mozgu. Osim toga, 15 je bio sposoban povećati preživljavanje živaca podizanjem moždanog neurotrofnog faktora (BDNF) na 45 mg kg-1 [80].

3.2. Neuroinflamacija

Tijekom godina provedene su studije kako bi se istražila patologija neurodegenerativnih stanja i otkriveno je da je neuroupala jedan od temeljnih mehanizama. Defekt u funkciji imunoloških stanica može pokrenuti upalu u središnjem živčanom sustavu (CNS) i na kraju uzrokovati ozljedu živca. Konkretno, akutna upala može biti korisna za mozak. Suprotno tome, kronična upala može oštetiti mozak promicanjem hiperfosforilacije tau proteina i agregacije amiloida-beta (A). Ove mehanizme mogu aktivirati proupalni medijatori kao što su interleukin 1 (IL-1) i interleukin 6 (IL-6). Budući da je upala usko povezana s patologijom neurodegenerativnih stanja kao što su AD i PD, alkaloidi koji mogu spriječiti neuroupalu mogli bi ublažiti neuroupalu, kao i pomoći u upravljanju stanjima [81-83].

9 i 12 istaknuto je da su sposobni suprotstaviti se neuroinflamaciji. Predloženo je da su uspjeli smanjiti proizvodnju upalnih citokina kao što su faktor nekroze tumora-alfa (TNF-) i mijeloperoksidaza (MPO) i medijatora kao što je dušikov oksid (NO). Konkretno, 7 i 12 pokazali su IC50 od 0.08 µM odnosno 0,26 µM prema MPO, time dokazujući njihov potencijal da se ugrade kao sredstvo za suzbijanje neuroupale [58,59]. Osim toga, in vivo studija je pokazala da 9 značajno poboljšava kognitivne nedostatke kod štakora s kemijski izazvanim dijabetesom pri dozi od 20 mg kg-1. Studija je pokazala da je dijabetes melitus usko povezan s kognitivnom disfunkcijom i da su oboje povezani s upalom. Kada je 9 primijenjen na štakorima s dijabetesom, aktivnost inflamasoma NLRP3 bila je potisnuta, što je dovelo do povećanja ekspresije moždanog neurotrofičnog faktora (BDNF) i naknadno poboljšane kognitivne sposobnosti [84]. Osim toga, in vivo studija je pokazala da je 9 također sposoban prijeći krvno-moždanu barijeru (BBB) ​​ubrzo nakon oralnog uzimanja [85].

Drugi -karbolin alkaloid 15 uspio je inhibirati neuroinflamaciju putem nekoliko puteva. Studija in vivo dokazala je da je 15 sposoban povećati količinu -GABA i smanjiti količinu glutamata u mozgu pri koncentracijama 5 1, 15 i 45 mg kg−1. -GABA je vitalni neurotransmiter koji djeluje tako da inhibira neuroinflamaciju koju pokreću astrociti i mikroglija sprječavajući otpuštanje TNF-a. Osim toga, proizvodnja TNF-a, koji je citokin koji potiče upalu, također je značajno smanjena u obrascu ovisnom o koncentraciji kada se liječi s 15 u koncentracijama od 5-45 mg kg-1 [80].

21 djeluje na više ciljeva kako bi poboljšao AD uvjete. Jedan od mehanizama djelovanja 21 je ublažavanje neuroinflamacije [86]. Na primjer, in vivo studija izvijestila je o smanjenju proupalnih medijatora uključujući COX-2, IL-12, IL-6, IL-1 i TNF-a kao rezultat davanje 21 u AD štakorski mozak [87]. Nadalje, in vivo studija je objavila da 21 sprječava ekspresiju p65 poddijela i fosforilaciju pri 50 mg kg-1. p65 je poddio heterodimera NF-κB koji je vitalan u modulaciji upalne proizvodnje proteina [88]. Osim toga, in vivo studija također je objavila da je 21 bio u stanju suzbiti neuroinflamaciju potiskivanjem IL-6, TNF i p38 MAPK signalnih kaskada [89].

3.3. Neurogeneza

Neurogeneza odraslih je proces koji se odvija u subgranularnoj zoni (SGZ) i subventrikularnoj zoni (SVZ) hipokampusa za proizvodnju neurona tijekom cijelog ljudskog života. Defekt u neurogenezi odraslih može potencijalno rezultirati neurodegenerativnim stanjima kao što su Alzheimerova bolest (AD), Parkinsonova bolest (PD) i Huntingtonova bolest (HD) [90]. Na primjer, studija in vivo pokazala je da je oštećenje neurogeneze kod odraslih moglo započeti u ranoj fazi AD bolesti čak i prije stvaranja neurotoksičnih neurofibrilarnih čvorova i A plakova [91,92].

In Vitro studija je pokazala da su 8, 9 i 12 uspješno inducirali neurogenezu kada su testirani na progenitorskim stanicama uzgojenim iz SGZ i SVZ. Nadalje, metabolizam 9 u ljudskom tijelu proizvodi 8 kao glavni proizvod. Ovi -karbolinski alkaloidi također su bili sposobni inducirati specijalizaciju neuronskih stanica i to je dokazano prisutnošću ekspresije MAP-2 i Tuj-1. Studija je predložila da se potencijal neurogeneze ovih -karbolinskih alkaloida pripisuje njihovoj inhibitornoj aktivnosti prema monoaminooksidazi [70] i DYRK1A [93].

In Vitro studija koja je istraživala potencijal neurogeneze aporfinskih alkaloida (tablica 1) na PC-12 stanicama pokazala je da asimilobin (33) značajno stimulira rast neurita u PC-12 stanicama, ali bez očitog učinka na Ekspresija mRNA koja kodira proteine ​​bitne za staničnu diobu i specijalizaciju. Osim toga, studija je također objavila da je 33 vrlo probojan kroz krvno-moždanu barijeru (BBB), što ga čini potencijalnim kandidatom za lijek za liječenje neurodegenerativnih stanja [94].

3.4. Agregacija amiloida beta

Amiloid beta (A ) je proizvod koji nastaje enzimskom razgradnjom proteina prekursora amiloida (APP) pomoću -sekretaze i -sekretaze, a sugerira se da A igra ulogu u razvoju AD. A je peptid koji se većinom sastoji od 40-42 aminokiseline i podložan je agregaciji za stvaranje neurotoksičnih A plakova. Nakon što se plakovi A nakupe u mozgu, razvit će se abnormalne sinaptičke i neuronske aktivnosti, uzrokujući oštećenje mozga i proizvodeći simptome kao što su kognitivni deficiti i postupni gubitak pamćenja [95,96].

Stoga, sprječavanje agregacije A može pomoći u odgađanju progresije AD. Osim antikolinesterazne aktivnosti koju pokazuju alkaloidi biljnog podrijetla, neki od njih mogu inhibirati agregaciju A. Advice (19) i nizatidin (20) su izokinolinski alkaloidi (Tablica 1) i posjeduju sposobnost inhibicije oligomerizacije A .

In Vitro studija je objavila da su 19 i 20 pokazali umjerenu supresiju prema A agregaciji što se vidi iz njihovih IC50 vrijednosti od 5,56 odnosno 1,89 µM prema A . Zapravo, također je sugerirano da i 19 i 20 posjeduju najznačajniju aktivnost inhibicije prema višestrukim ciljevima uključenim u neurodegenerativna stanja i da imaju slične molekularne strukture u usporedbi s drugim izokinolinskim alkaloidima ekstrahiranim iz Zanthoxylum rigidum. Stoga se potiče istraživanje molekularne skele povezane s njihovom višeciljanom aktivnošću [24]. Osim toga, 21 je proučavan godinama, a pregled je objavio da sprječava ERK1/2 i signalne kaskade protein kinaze aktivirane mitogenom (MAPK), posljedično deaktivirajući -sekretazu-1 (BACE-1) i smanjenje generacije [86]. Zapravo, 21 se prodaje kao proizvod bez recepta koji se konzumira oralno u Kini, budući da su studije koje su ispitivale njegovu učinkovitost i sigurnost nakon oralne konzumacije izvijestile o prihvatljivim rezultatima. Osim svoje antikolinesterazne aktivnosti, koja je usporediva s 1 i 21, također posjeduje sposobnost smanjenja agregacije A smanjenjem stvaranja A . Studija in vivo objavila je da je 21 bio u stanju značajno inhibirati aktivnost β-sekretaze u AD mozgu, posljedično smanjujući stvaranje A do 40 posto i poboljšavajući simptome AD. Osim supresivnog djelovanja prema -sekretazi, druga in vivo studija je objavila da 21 pojačava aktivnost A 40 koja smanjuje neurotoksični potencijal A 42 modificiranjem stabilnosti, morfologije i topljivosti A 42 kako bi se smanjila agregacija A 42 [87,97]. Ovu tvrdnju dodatno podupire in vivo studija koja tvrdi da je 21 u koncentracijama od 50 i 100 mg/kg/dan mogao smanjiti Pen-2, Aph-1 i PS1 dijelove -sekretaze i -sekretaze, posljedično potiskujući proizvodnju A . Osim toga, pokazalo se da 21 značajno povećava aktivnost β-sekretaze pri identičnim koncentracijama [98]. Studija In Vitro dalje je sugerirala da je 21 mogao inhibirati oligomerizaciju A i stvaranje fibrila [99].

3.5. Tau hiperfosforilacija

Tau protein (τ) igra vitalnu ulogu u stabilizaciji neuronskih mikrotubula i stoga podupire strukturu neurona i transport hranjivih tvari unutar stanice. Kinaze koje uključuju dvostruku specifičnost tirozinske fosforilacije regulirane kinaze 1A (DYRK1A), glikogen sintaze kinaze-3 (GSK-3), Ca2 plus /kalmodulinom aktivirane protein kinaze II i kinaze ovisne o ciklinu-5 (Cdk5) može inducirati tau hiperfosforilaciju. Hiperfosforilacija tau proteina dovodi do zgrušavanja fosforiliranih tau proteina kako bi se formirali neurofibrilarni spletovi uparenih spiralnih tau filamenta. Posljedično, oni više ne podupiru mikrotubule unutar neurona, što na kraju dovodi do neuronske apoptoze, a time i neurodegeneracije [100].

Utvrđeno je da 9 posjeduje inhibicijske aktivnosti prema DYRK1A koje zauzvrat sprječavaju hiperfosforilaciju tau proteina. Studijom In Vitro dokazano je da je 9 jak inhibitor DYRK1A s IC50 od približno 80 nM. 9 deaktivirao je DYRK1A, čime je potisnuo tau fosforilaciju na serinu 396, naknadno smanjujući sve tri vrste fosforiliranih oblika tau proteina. Smanjivanjem količine fosforiliranog taua, harmin (9) je sačuvao funkciju taua da podupire mikrotubule u neuronu, sprječavajući smrt neurona. Međutim, objavljeno je da bi 9 mogao biti neurotoksičan u koncentracijama iznad 8 µM zbog pretjeranog smanjenja tau proteina [100].

Osim 9, 21 je također mogao spriječiti hiperfosforilaciju tau proteina. Iako je potrebno provesti više istraživanja o stvarnom mehanizmu 21 za smanjenje tau hiperfosforilacije, dvije In Vitro studije su pokazale da 21 može spriječiti hiperfosforilaciju tau proteina stimuliranu kalikulinom A pri koncentracijama od 20 i 25 µg mL-1. smanjenjem aktivnosti GSK-3 i povećanjem aktivnosti proteinske fosfataze 2A. Uz to, poništavanje tau fosforilacije inducira 21 na Ser262 [86,101,102]. Studija in vivo također je objavila da bi antioksidativna svojstva 21 mogla pomoći u inhibiciji prekomjerne ekspresije tau proteina i tau hiperfosforilacije u AD mozgu [87].

4. Fizikalno-kemijska analiza alkaloida

Slika 5 prikazuje analizu fizikalno-kemijskih svojstava alkaloida uključenih u ovaj pregled. Molekularna težina većine spojeva bila je ispod 500 Da. Spojevi veće molekularne težine uključivali su 44, 45 i alkaloide okusa (58-61). Samo jedan spoj krši Lipinskijevo pravilo za doniranje vodikove veze, rotirajuće veze i topološku polarnu površinu (TPSA). Zanimljivo je da su svi spojevi uključeni u ovaj pregled slijedili Lipinskijevo pravilo za Log P i akceptor vodikove veze (HBA). 32 spoja klasificirana su kao visoko topljiva, 15 spojeva imalo je umjerenu topljivost, a 7 spojeva imalo je nisku topljivost.

5. Metoda

U ovu su studiju uključeni svi prirodno dobiveni alkaloidi za koje je objavljeno da inhibiraju kolinesterazu u literaturi između 2011.–2020. Sintetski alkaloidi, alkaloidi provizorno identificirani plinskom kromatografijom-masenom spektrometrijom (GC-MS) i tekućom kromatografijom-masenom spektrometrijom LCMS za koje je prijavljeno da inhibiraju kolinesterazu, isključeni su iz ove studije. Slika 1 pokazuje da je 38 posto i 18,7 posto AChE i BuChE inhibitora s IC50 manjim ili jednakim 10 µM uključeno u ovaj pregled. Kao rezultat toga, 61 spoj s IC50 manjim od ili jednakim 10 µM, osim 1 i 2, uključen je u tekst i pregled za potencijal modificiranja bolesti, uključujući inhibiciju amiloid-beta, inhibiciju hiperfosforilacije tau, neuroupalu, neurogenezu i neurozaštitu učinci. Predviđena su fizikalno-kemijska svojstva 59 alkaloida (osim galantamina i huperzina A) (Instant JChem 17.10.0, 2020. ChemAxon Ltd.).

6. Zaključci

Sve veći broj dokaza pokazuje važnost prirodno dobivenih alkaloida kao modulatora neurodegenerativnih bolesti. Iako su alkaloidi glavni izvor inhibitora AChE, otkriven je značajan broj dvostrukih inhibitora kolinesteraze i inhibitora BuChE. Zanimljivo je primijetiti da nekoliko alkaloida dokumentiranih u ovom pregledu štiti neurone od štetnih mehanizama kao što su neuroinflamacija, oksidativni stres, ekscitotoksičnost, apoptoza, nakupljanje A i tau fosforilacija, te bi se mogli razviti za liječenje Alzheimerove i Parkinsonove bolesti. Konkretno, 9 i 21 potencijalni su modulatori u upravljanju napredovanjem ovih bolesti. Ipak, doza ovih alkaloida koja bi se koristila u neurodegenerativnim bolestima ostala je nejasna. Fizikalno-kemijska analiza otkrila je da većina alkaloida slijedi Lipinskijeva pravila vjerojatnosti lijeka. Krvno-moždana barijera važan je čimbenik koji štiti prodiranje spojeva u mozak i zahtijeva da joj se posveti dodatna pozornost. Razumljivo je da su nedostaci prirodno dobivenih spojeva, poput niskog prinosa ekstrakcije, zaustavili razvoj potencijalnih kandidata u terapeutske vode. Potreban je daljnji razvoj kako bi se poboljšala njihova korisnost kao održivih terapeutika.