第六章 神经退行性疾病治疗药物
(Drug for Neurodegeneration Disorders)
Ø
神经退行性疾病
:一类原发性神经元退行性病变 或凋亡引起的慢性进行性神经系统疾病
;Ø
主要包括帕金森病、阿尔茨海默病、肌萎缩侧索 硬化症等。
Ø
随着年龄的增长,
DNA损伤的累积,蛋白变性
等其它疾病使神经退行性疾病变得更加常见。
第一节 抗帕金森病药
(Anti-Parkinson’s Disease Drugs)
u 帕金森病(Parkinson’s disease, PD), 又称震颤麻痹,
是一种多发生于老年人的慢性、进行性神经系统变性 疾病。
u 临床表现为经典的三联征:静止性震颤、肌肉强直和 运动迟缓,并伴有知觉、识别和记忆障碍。
Ø 受物理、化学等因素影响, 患者黑质致密区多巴胺能神经 元严重受损,导致纹状体区域神经末梢多巴胺明显不足;
Ø 多巴胺与乙酰胆碱之间的平衡失调,产生肌张力亢进等运 动障碍;
Ø 神经毒素N-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶,一氧化碳、锰、
二硫化碳等及脑炎、脑外伤亦可诱发帕金森病。
u
病因
一、作用机制
(Action mechanism)u
治疗方法-对症治疗
通过一种
/多种途径补偿纹状体中多巴胺的缺失
:Ø增加脑内多巴胺的合成;
Ø刺激突触前多巴胺的释放;
Ø直接激动多巴胺受体;
Ø减少突触前多巴胺的再摄取;
Ø减少多巴胺的分解。
根据作用机制的药物分类
Ø 作用于多巴胺能神经系统的药物(Agents on dopaminergic neural system)
Ø 谷氨酸受体拮抗剂(NMDA receptor antagonists)
Ø 腺苷受体A2A抑制剂(Adenosine receptor A2A inhibitors) Ø 辅助治疗药: 抗胆碱药、5-羟色胺激动剂、抗抑郁药。
二、作用于多巴胺能神经系统的药物
(Agents on dopaminergic neural system)
1.
多巴胺受体激动剂
(Dopamine receptor stimulants)Ø选择性激动多巴胺受体,特别是选择性激动多巴胺D2受体,
从而改善患者症状。
Ø麦角生物碱类和非麦角生物碱类, 后者对多巴胺受体选择性 强,耐受性好。
N HN O
HN
CH3 H
Br
N
O N
O CH3
H3C
O
H OH
CH3 CH3
N
HN
H SCH3
CH3 H
N HN O
HN
CH3 H
N
O N
O CH3
H3C
O
H OH
CH3 CH3
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u
麦角生物碱类
麦角生物碱类药物长期使用可引起严重副作用,现对其衍生物的研究已少见报道。
u
非麦角生物碱类
--阿扑吗啡
OH HO
NH2
OH HO
NH2 多巴胺
( trans-α 旋转异构体 )
多巴胺
(trans-β 旋转异构体) H N
OH HO
CH3
°¢ÆËÂð·È£¨ apomorphine£©
阿扑吗啡, 强效D1、D2激动剂,其抗帕金森病作用与L-dopa相当。
阿扑吗啡激动多巴胺受体的原因: 多巴胺有多种构象,包括trans-α和trans-β 构象,且以trans-α旋转构型与受体结合。而阿扑吗啡结构的黑体部分相当于 多巴胺的trans-α构象。
u
非麦角生物碱类
--盐酸罗匹尼罗
Ø化学名: 4-[2-(二丙氨基)乙基]-1,3-二氢-2H-吲哚-2-酮 盐酸盐
Ø强效选择性、 D2受体激动剂。作用于纹状体内突触后受体,
补偿DA的不足,提高交感神经紧张性, 持续时间较短。
罗匹尼罗的合成
:u
非麦角生物碱类
--盐酸普拉克索
Ø化学名: (S)- N6 -丙基-4,5,6,7-四氢-1,3-苯并噻唑-2,6-二胺二 盐酸盐一水合物
Ø高选择性作用于多巴胺D2受体,且对DA神经有保护作用,
可单用治疗早期PD,也可与多巴胺合用治疗晚期症状。
盐酸普拉克索的合成
:2.多巴胺替代物 (Dopamine replacers)
Ø 多巴胺对影响PD病的发生、发展等有十分重要的作用,
但碱性较强,在体内以质子化形式存在,不能透过血脑 屏障进入中枢,不能直接供药用。
Ø 其生物前体左旋多巴(levodopa,L-多巴)可有效改进 PD病患者的状况。
L-多巴 多巴胺
NH2 HO
COOH HO HO NH2
HO L-°±»ùËáÍÑôÈø
ÄÔÄÚ
左旋多巴( levodopa)
Ø 化学名: (S)-2-氨基-3-(3,4-二羟基苯基)丙酸 ,别名L-多巴(
L-dopa)。
Ø 具邻苯二酚结构,极易氧化变色。高温,光,碱和重金属离 子可加速其变化;注射液常加L-盐酸半胱氨酸作抗氧剂。
Ø 与外周脱羧酶抑制剂如卡比多巴合用,可减小其外周代谢, 显著增加进入脑内的左旋多巴量,降低外周不良反应。
3.影响多巴胺代谢的药物
(
Drugs affecting dopamine metabolism)
Ø抑制影响多巴胺体内代谢酶--MAO-B、COMT和多巴 胺β-羟基化酶,降低脑内多巴胺的代谢,从而提高脑 内多巴胺水平,对帕PD病具有治疗作用。
Ø单胺氧化酶-B抑制剂
CH3 H3C N
CH H H
N CH
˾À´¼ªÀ¼£¨ selegiline£©
¸ßÑ¡ÔñÐÔMAO-B·Ç¿ÉÄæÒÖÖƼÁ
¾ßÎÂºÍ µÄ¿¹ÅÁ½ðÉ-²¡ ×÷ÓÃ
À×ɳ¼ªÀ¼£¨ Rasagiline£©
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Ø
儿茶酚
-O-甲基转移酶(
COMT)抑制剂
O
CH3 HO
HO
NO2 HO
HO
NO2
CN O
N CH3 CH3
¶÷Ëû¿¨Åó£¨ entacapone£©
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Íп¨Åó£¨ tolcapone£©
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根据内源性底物多巴胺设计,其芳环上的邻苯二酚和硝基的存在对活性 十分重要。
三、 NMDA受体拮抗剂
(NMDA receptor antagonists)
Ø 谷氨酸受体亚型N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体拮抗 剂通过拮抗海马和大脑皮层中兴奋性氨基酸受体--NMDA 受体,防止兴奋性毒素损害黑质-纹状体DA神经元,而起 治疗PD的作用。
NH2
CH3 CH3
ÃÀ½ð¸Õ£¨ Memantine£©
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¿É¼õÉٹȰ±ËáµÄÉñ¾-¶¾ÐÔ×÷ÓÃ
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NH2 F3C O
Àû³ßò£¨ Riluzole£©
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四、腺苷 A2A受体抑制剂
(Adenosine A2Areceptor inhibitors)
Ø 腺苷A2A受体属G蛋白耦联受体, 参与调控乙酰胆碱和 GABA在纹状体的释放;
Ø 其拮抗剂可抑制神经元纹状体中GABA的作用,补偿 PD病人多巴胺D1受体GABA的释放,及多巴胺D2受体 神经元抑制引起的DA损失;
Ø 是近年发展的非多巴胺系统治疗PD的重要靶点。
N N
N H3C N
O H3C
O CH3
OCH3 OCH3
ÒÁÇú²è ¼î
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¹« ˾Ñз¢, 2013ÄêÔÚÈÕ±¾Ê×´Î
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S N
N
O OCH3
NH
N OH
CH3 O
Tozadenant
选择性腺苷A2A受体拮抗剂, 改善PD运动评分与生活质量,
Ⅲ期临床试验
• 抗疟疾药物盐酸甲氟喹具诱发神经系统和精神方面的
副作用,
• 机制的研究发现,其中一个光学异构体有选择性腺苷
A2A受体拮抗作用,
• 经多种结构修饰优化后发现,嘧啶骈噻吩衍生物V-
2006是高选择性的腺苷A2A受体拮抗剂, Ⅲ期临床。
CF3
NH
CF3 HO
N
N S
H3C CH3
N S
甲氟喹 V-2006
五、作用于其它靶点的药物
(Agents on other targets) Ø
抗胆碱药(
anticholinergics)
Ø 5-羟色胺激动剂
(5-HT agonists) Ø抗抑郁药(
antidepressents)1.抗胆碱药(Anticholinergic drugs)
Ø 抗胆碱药的作用机制是抑制纹状体内毒蕈碱能神经的活 性和输出,使纹状体内多巴胺与ACh的消长趋向功能平 衡。
Ø 改善肌张力优于震颤和运动障碍,减轻PD患者的强直 和震颤症状,对于有震颤和流涎的病人较为适用,尤适 宜PD早期。
N
OH HCl
ÑÎËá±½º£Ë÷£¨ Benzhexol hydrochloride£©
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N OH
±ÈßßÁ¢µÇ£¨ Biperiden£©
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N
O CH3
±½ÔúÍÐÆ·£¨ Benztropine£©
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2. α2-肾上腺素能受体拮抗剂
(α
2
-adrenergic receptor antagonists )Ø 阻断突触前α2-肾上腺素能受体,提高肾上腺素(去 甲肾上腺素)的作用, 阻断左旋多巴引起的运动障碍和 运动失调。
N NH F
O
O N
H N
非帕美唑(Fipamezole)
选择性α2-肾上腺受体拮抗剂, 改善脑功能紊乱,
降低晚期帕金森症的症状
咪唑克生(Idazoxan, 亚达唑散) 高选择性高α2受体阻断药,
治疗帕金森病。
3.抗抑郁药 (Antidepressant)
Ø 帕金森病伴发的抑郁症状发生率达40% ~70%;
Ø 三环类抗抑郁药用于治疗精神抑郁的帕金森病患者有效,其治疗 效果与抗胆碱作用有关,也可能与其抑制儿茶酚胺的再摄取有关; Ø 单胺氧化酶-A抑制剂具有抗帕金森病作用,但毒性较大。
N CH3 CH3
HN
NH2 NH2
HN NH O O N
H3C
阿米替林 苯乙肼 反苯环丙胺
N O H N
F
第二节 抗阿尔茨海默病药物
(Anti-Alzheimer’s Disease Drugs)
Ø 老年痴呆症: 一种由器质性脑损伤导致的智能障碍,表 现为记忆力、判断力、抽象思维能力的丧失。
Ø 分型: 阿尔茨海默型痴呆、血管性老年痴呆、混合型痴 呆。
Ø 阿尔茨海默病(Alzheimer’disease, AD)是老年痴呆的 最常见形式,约占老年痴呆症的50%~60%。
AD
是一种以记忆和认知障碍为主要临床症状的神 经退行性疾病。
protein aggregation
protein misfolding
altered protein phosphorylation neuronal death
mitochondrial dysfunction RO
S
AD Normal
Fe+2 Zn2+
Cu2
+
neurotransmitter system dysfunction
oxidative stress metal ion
dyshomeostasis
u 病理特征
Ø 大脑皮层和海马区神经细胞外出现β淀粉样蛋白(β-
amyloid,Aβ)聚集形成的老年斑(senileplaque,SP);
Ø 脑神经细胞内Tau蛋白异常聚集形成的神经原纤维缠结(
neurofibrillary tangle,NFT)
Ø 神经元突触功能异常,锥体神经细胞丢失,乙酰胆碱(ACh) 等神经递质的大量降解, 皮质动脉和小动脉的血管淀粉样变 性。
u 病因假说
Ø
阿尔茨海默病的病因及其发病机制尚不明确,
提出了多种病因假说
:胆碱能假说、
Aβ异常沉积假说、
Tau蛋白假
说、自由基损伤假说、钙稳态失调假说,谷氨
酸兴奋毒性假说和基因突变假说等,以胆碱能
假说、
Aβ异常沉积假说和
Tau蛋白假说影响力
u AD药物
Ø 尝试从不同角度进行AD治疗药物的研发和临床应用,主 要包括:胆碱能系统改善药物、抑制Aβ生成药物、防止 Aβ聚集药物、抗氧化剂以及自由基清除剂、阻止钙失调 药物、兴奋性氨基酸抑制剂、神经营养、生长因子和免 疫治疗等;
Ø 目前用于AD治疗的上市药物仅6种, 分别为ACh抑制剂和 NMDA受体拮抗剂。
一、胆碱能系统改善药物
(Drugs of Improving Cholinergic System)
Ø 脑内胆碱能神经元丢失,
导致乙酰胆碱的合成、释 放、摄取减少,学习和记 忆力衰退,是AD的重要 病因。
主要有AChE抑制剂和M1受体 激动剂。
1. 乙酰胆碱酯酶抑制剂
(AChE inhibitors)p 乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase, AChE)水解神经递质 ACh, 从而在胆碱能的神经突触终止神经脉冲传递。
p AChE抑制剂可抑制脑内突触间隙内ACh的降解,增强 毒蕈碱受体和烟碱受体处ACh的浓度,从而提高认知功 能,其疗效最明确、应用最广泛, 是当前AD治疗的最主 要药物。
石杉碱甲( Huperzine A)
Ø 我国科学家于1986年首次从石杉科植物千层塔分离的一种倍半萜生 物碱。其右旋异构体能有效抑制AChE活性, 左旋异构体没有实质性 抑制作用;
Ø 高效、可逆、高选择性AChE抑制剂,作用维持时间长较, 具良好的 神经保护作用;
Ø 1996年在我国批准上市, 用于治疗AD病。
加兰他敏 (
Galanthamine)
Ø 具AChE抑制和烟碱受体激动双重作用;
Ø 能增加神经肌肉突触间隙内乙酰胆碱的浓度, 在突触前 调节谷氨酸、羟色胺和去甲肾上腺素的释放;
Ø 易透过血脑屏障,改善学习、记忆和认知功能,不良 反应较少, 临床上常用其氢溴酸盐。
他克林 (
Tacrine)
Ø 第一个用于治疗AD病的AChE抑制剂;
Ø 可分别与AChE的中心位点和外周部位结合而抑制该酶
,从而减缓中枢ACh的降解,提高大脑皮质的ACh浓度 而发挥作用;
Ø 肝脏毒性较大,服用剂量高、次数多等缺点而限制了它 的临床应用。
N NH2
盐酸多奈哌齐 (
Donepezil Hydrochloride)
Ø 化学名:2-[(1-苄基-4-哌啶基)甲基]-5,6-二甲氧基-2,3- 二氢-1-茚酮盐酸盐;
Ø 苄基哌啶类衍生物,高选择性、可逆的AChE抑制剂,口服 吸收良好,半衰期为70-80h,F=100%;
Ø AD患者的首选药物 。
O H3CO
H3CO
N HCl
多奈哌齐的代谢途径
:盐酸多奈哌齐的合成
: Ø方法一
:Ø
方法二
:酒石酸利伐司替明
(Rivastigmine Tartrate)Ø 化学名:(S)-3[1-(二甲胺基)乙基]苯基N-乙基-N-甲基氨基甲酸 酯酒石酸盐;
Ø 氨基甲酸酯类化合物,呈拟不可逆抑制作用, 脑内AChE/丁酰胆 碱酯酶(BChE)双重抑制剂;
Ø 良好的中枢选择性,对轻中度早老性痴呆症患者耐受性较好。
O N
O
CH3
H3C N
CH3 CH3
CH3
HO O
OH OH
OH O
酒石酸利伐司替明的合成 :
Ø
方法一:先缩合
,再拆分
Ø
方法二
:先拆分,再缩合
2. 胆碱受体激动剂 (Ach receptor agonists)
Ø AChE抑制剂不适用于胆碱能神经元受到损害的AD患者; Ø 突触后膜毒蕈碱受体(M受体, 含M1~M5亚型)激动剂可直
接刺激突触后M受体,使胆碱能系统的功能得到部分恢复。
N
CN
N OCH3 HCl
N
S N N
O
西维美林(Cevimeline)
M1/M3受体激动剂, 起初用于AD的治疗,
后终止,转用于口腔干燥综合症治疗。
N O
S
沙可美林(Sabcomelin)
M1受体激动剂,临床试验 ռŵÃÀÁÖ(Xanomeline)
ÁÙ´² ÊÔÑéʧ°Ü
二、 β、γ分泌酶抑制剂(β、
γ-Secretase Inhibitors)
Ø Aβ的形成和沉积是
AD病理的始发因素和中心环
节
,是多种因素导致
AD发生发展的共同通路
1. β-分泌酶抑制剂
(β-Secretase Inhibitors)Ø β-分泌酶是一种跨膜天冬氨酸蛋白酶, 是Aβ 生成过程中起 决定作用的限速酶之一。有BACE1和BACE2两种亚型;
Ø 多数AD患者脑内BACE1含量升高或活性增强,且该现象
与Aβ的聚集直接相关。
N
N CH3 S
H3C H3C O O
NH H3C
HN O
F NH2 N
S O
O
NH CH
O
NH N H
CF3 OH
2. γ-分泌酶抑制剂
(γ-Secretase Inhibitors)Ø γ-分泌酶是一种天冬氨酰蛋白酶, 负责Aβ产生的最后一 步裂解;
Ø γ-分泌酶复合物是Notch代谢过程的关键因素,使用γ-分 泌酶抑制剂会干扰Notch信号系统而影响到造血功能和 胸腺细胞的成长;
Ø 虽有多种γ-分泌酶酶抑制剂曾进入临床试验,但迄今无 一成功。
三、 Tau蛋白抑制剂 (
Tau protein inhibitors)
Ø tau蛋白广泛分布于中枢神经系统的神经元
中,参与微管的组装和稳定,对维持神经元的正 常形态有重要作用
;Ø tau
蛋白过磷酸化而导致的异常聚集,最终形成
的神经元纤维缠结是
AD的一个典型病理特征
;是目前国际评估
AD病程进展的金标准。
Ø
基于
tau假说
,治疗
AD药物的研发主要是稳定 微管、抑制
tau的磷酸化、通过增强自噬作用 抑制其异常聚集等;
Ø
根据作用方式的特点:
Tau蛋白直接抑制剂和 间接抑制剂两大类;
Ø
直接抑制剂
--Tau蛋白聚集抑制剂及
Tau蛋白过
度磷酸化抑制剂。
基于tau 假说治疗AD 的可能药物靶点. HSP90:热休克蛋白90.
亚甲基蓝( Methylene blue)
Ø 一种常用的染料,具有抗自由基的活性,易通过血脑 屏障,并能直接抑制Tau的聚合;
Ø 构效关系研究表明,不带电荷的吩噻嗪平面共轭的结 构对于Tau 聚集的抑制能力非常重要;
Ø Ⅲ期临床研究。
替徳格塞 (
Tideglusib)
Ø 非ATP竞争性GSK-3β抑制剂;
Ø 口服给药可降低tau蛋白磷酸化,减少淀粉样蛋白沉积 和斑块相关的星形胶质细胞增殖,减少海马和内嗅皮 层神经元的丢失,改善空间记忆缺陷,降低大脑淀粉 样蛋白斑的积聚, 并具神经保护作用,耐受性良好; Ø Ⅱ期临床试验。
四、 H3受体拮抗剂 (
H3 receptor inhibitors)
Ø 组胺受体:H1、H2、H3和H4受体4种亚型;
Ø H3受体主要分布在中枢神经系统组胺能神经元密集区 域,既是突触前自身受体,调控组胺的释放;又是一种 异身受体,调控如ACh等其他神经递质;
Ø H3受体拮抗剂/反向激动剂:促使ACh及其他神经递 质的释放,抑制GSK-3β,降低Tau蛋白磷酸化程度,
是治疗AD的重要靶标之一。
Ø H3受体拮抗剂根据结构分为咪唑类和非咪唑类二类。
咪唑类
Ø 早期研究以组胺为先导物进行结构修饰和改造;在保 留咪唑片段,对其侧链进行改造和修饰;
Ø 该类拮抗剂由于分子中含有咪唑环,称为咪唑类H3受 体拮抗剂/反向激动剂,但存在诸多问题,至今仍没 有咪唑类H3 受体拮抗剂上市。
N NH
N N H S
噻普酰胺
S N HN H
N Cl
NH
N O HN
氯苯丙替 普罗昔方
非咪唑类
Ø 为克服咪唑类H3受体拮抗剂的缺点,研发了多种不同结构 类型的非咪唑类H3受体拮抗剂;
Ø 提出非咪唑类组胺H3 受体拮抗剂药效团的基本结构特点。
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µÚ¶þ¸ö ¼îÐÔÇøÓòÒÔ»· ×´ Ö¬·¾°· Ϊ ¼Ñ
匹托利生 (
Pitolisant)
Ø 用哌啶环代替咪唑基得到的活性分子;
Ø H3受体竞争性拮抗剂/反向激动剂,对hH3受体的亲和力 比对H1、H2 和H4 受体高200 倍;
Ø 2015年11月在欧盟上市,治疗阻塞性睡眠呼吸暂停综合症 和发作性睡眠病引起的白天过度嗜睡。
N O
Cl
五、 NMDA受体拮抗剂(NMDA Receptor Antagonists)
Ø NMDA受体:中枢神经系统内重要的兴奋性神经递质 受体,参与突触传递,在学习和记忆及突触可塑性方 面起重要作用;
Ø 在AD患者脑内,NMDA被过度激活而产生兴奋性毒性
,导致神经细胞死亡。
Ø NMDA受体阻滞剂可阻止过量的兴奋性神经递质谷氨 酸传递而达到保护神经元的作用;
Ø 美金刚已在美国批准上市。
盐酸美金刚
(Memantine Hydrochloride)Ø 化学名:3,5-二甲基金刚烷-1-胺盐酸盐酸盐;
Ø 一种电压依赖性、低中等亲和力的非竞争性NMDA受体 拮抗剂,显著改善AD患者症状;
Ø 可通过对5-HT3受体的非竞争电压依赖性抑制及对烟碱型 胆碱受体的抑制,保护神经细胞;
NH2
CH3 CH3 .HCl
盐酸美金刚的合成 :
六、抗氧化药物 (Antioxidation Drugs)
Ø AD病患者脑部的高耗氧量以及内源性活性物质的缺损,使中枢神经系 统极易受到自由基的损害;
Ø 过量自由基的产生导致氧化应激级联反应,进而攻击细胞功能,导致神 经功能退化;
Ø 自由基还可引起β淀粉样蛋白沉积,与细胞膜产生反应,导致细胞内氧 化损伤;
Ø 抗氧化药物通过消除活性氧或阻止其形成,清除体内过量的自由基,保 证代谢的平衡,以延缓、阻止神经细胞的退化。
Ø 迄今为止,虽已有大量的AD 药物进入临床试验,但多数 以失败告终;
Ø AD 药物研发领域的主要困境:
① 药物缺乏临床应用指标,如难以通过血脑屏障,不良反应
,易产生抗性等;
② 由于AD 复杂的病理机制和临床表现,目前没有合适的动 物研究模型;
③ 现有假说很多关键机制尚未被完全揭示。