thuyết tau và amyloid)
Cả hai chất kích thích và ức chế enzyme kinase đều được kiểm tra về khả năng điều trị bệnh rối loạn thần kinh vì kinases điều chỉnh các chức năng đa dạng của tế bào (tổng kết gần đây của Watterson 24). Rất nhiều hợp chất thiên nhiên tương tác với
kinases đã được ghi nhận, tập trung chủ yếu vào khả năng chống ung thư của chúng.271,272 Ngoài ra, đã có nhiều ứng dụng trực tiếp của các các chất ức chế enzyme kinase có nguồn gốc thiên nhiên trong lĩnh vực khám phá thuốc điều trị bệnh Alzheimer.
5.1 Các hợp chất có khả năng kíchthích protein kinase C thích protein kinase C
Các enzyme đồng dạng Protein kinase C (PKC) là nhóm enzym serine/threonine, ở thần kinh trung ương có có chức năng quan trọng trong việc hình thành và đánh mất trí nhớ trên cả động vật không xương sống và động vật có vú. 274,275Ví dụ như, sự thu nhận và hình thành trí nhớ ngắn hạn và dài hạn có thể bị ngăn cản bằng cách truyền chất ức chế
PKC theo kiểu không phụ thuộc isozyme.276 Dấu hiệu đầu tiên về vai trò tiềm năng của các protein này trong bệnh rối loạn thần kinh được phát hiện rất tình cờ khi người ta quan sát thấy mức độ PKC-α giảm tròng não bệnh nhân Alzheimer 277 và sự giảm β-amyloid dạng hòa tan do tăng quá trình tạo ra loại APP không tạo amyloid. Cả hai loại chất hoạt hóa PKC trực tiếp và không trực tiếp trong con đường không tạo ra amyloid đều đã được tìm ra. PKC có thể phosphoryl hóa trực tiếp TACE ( men chuyển của TNF-α( các yếu tố hoại tử khối u), ADAM17),281,282 chất chịu trách nhiệm điều chỉnh hoạt động a- secretase,283,282 hoặc hoạt hóa gián tiếp α- secretase thông qua enzyme MAP kinase ERK1/2.284,285
Ngoài ra, hầu hết các chất hoạt hóa PKC đã được biết đến đều cũng kích thích sự hình thành khối u. Chất hoạt hóa PKC loại ester phorbol và alkaloid nhân indole là lyngbyatoxin A và teleocidin được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu hoa sinh, nhưng đồng thời cũng có khả năng gây ung thư nên ngăn cản việc ứng dụng chúng trên lâm sàng. Các hợp chất tổng hợp đã được thiết kế để giảm tác dụng này,286,287 hoặc trường hợp aplysiatoxin (157) lại kích thích sự phát triển của khối U, các dẫn chất đơn giản hóa (158) đã được phát triển để tách riêng khả năng hoạt hóa PKC và tác dụng kích thích khối u.288 Trường hợp ngoại lệ đáng chú ý nhất là các hợp chất thiên nhiên bryostatin, đucợ tìm thấy trong số các hợp chất chống unng thư trong các mẫu rêu động vật (bryozoan ) từ biển Bugula neritina L.(Bugulidae) của George Pettit. 289
Bryostatin (159) tăng cường hoạt hóa α- secretase trong các tế bào nguyên bào sợi của người , giảm mức độ Aβ42 , và giảm tử vong trên chuột biến đổi gen AD.290 Nó còn chống lại sự giảm tổng hợp Aβ42 của PKC và sự phosphoryl hóa ERK1/2 trên mô hình tế bào bị bệnh AD. Thử nghiệm lâm sàng Pha I và II, tập trung vào đánh giá tiềm năng chống ung thư của chất này, đã khẳng định bryostatin không có xu hướng gây ung thư ngoại trừ khả năng hoạt hóa PKC. Tính thấm qua hang rào máu não BBB rõ rang là một chướng ngại nghiêm trọng đối với hoạt chất này, và một số chất tổng hợp đơn giản tương tự, ‘bryologs’, đã được phát triển để giải quyết vấn đề này. 293 Một thử nghiệm lâm sàng pha II sử dụng bryostatin vẫn đang được tiếp tục.
Các acid báo không bão hòa tồn tại trong tự nhiên (PUFA) từ dầu cá biển (marine oils) đã được nghiên cứu như là tác nhân bảo vệ thần kinh chống lại AD. ( tổng hợp của Boudrault 293). Acid α- Linoleic (160), eicosapentaenoic acid (161), và docosahexaenoic acid (162) là ba loại chất béo quan trọng trong thức ăn, hai chất sau có nguồn gốc chủ yếu từ dầu cá (fish oil). Hợp chất (162) rất phông phú trong não của người, chiếm khoảng 8% trọng lượng khô. Việc bổ sung thêm lượng PUFA trên thử nghiệm lâm sàng (NCT01058941), cho thấy có ít tác dụng có lợi trong điều trị AD, mặc dù nhóm bệnh nhân bị thoái hóa nhận thức nhẹ có thể hiện đáp ứng. Việc bổ sung trong lâu dài để phòng ngừa trong suốt thời gian sống có thể là một chiên sluocwj khả thi hơn. Rất nhiều cơ chế đã được nghiên cứu về tác dụng tăng cường bảo vệ thần kinh và giảm cholesterol của các hợp chất này ( liên quan tới đột biến trên gen APOε4). Gần đây hơn Nishizaki và các công sự 294 đã chứng minh (160) có khả năng hoạt hóa chọn lọc PKC-3, một PKC bất thường, trong khi vắng mặt các đồng yếu tố cần thiết khác (phosphatidylserine và diacylglycerol) tạo điều kiện để tryền tín hiệu giữa các synap thần kinh của thùy hải mã.
Các dẫn chất Cyclopropyl cho thấy hiệu lực tốt hơn (ví như 163) đã được điều chế riêng biệt Nshizaki 294 và Nelson.295 Không giống với các chất hoạt hóa PKC, như bryostatin và ester của phorbol, chất
này liên kết với vị trí liên kết 1,2- diacylglycerol và tạo ra sự điều chỉnh giảm dần kéo dài, chất hoạt mới này tạo ra tác dụng hoạt hóa PKC kéo dài, kết quả là làm giảm 60–70% sự biểu hiện quá mức của APP nghiên cứu thực hiên trên tế bào thần kinh người nuôi cấy. Men chuyển của Endothelin cũng là có khả năng hoạt hóa đáng kể, cho thấy năng giảm Aβ của các chất hoạt hóa PKC3 gây ra bởi men chuyển của endothelin, không phải bằng cơ chế hoạt hóa protein tiền chất amyloid không tạo amyloid( APP không tạo amyloid).295 Những phát đáng chú ý này là minh họa cho sự phức tạp của quá trình tạo thành APP và tích tụ Aβ.
5.2 . Các hợp chất ức chế glycogen-synthase kinase 3 (GSK3) synthase kinase 3 (GSK3)
GSK3 liên quan đến quá trình phosphoryl hóa của tau,một phosphoprotein liên kết vi ốngtrong nơ ron thần kinh. (microtubule-associated phosphoprotein MAP). Quá trình phosphoryl hóa Tau bởi GSK3 qui định liên kết của tau với vi ống, sự suy thoái và sự tích tụ của nó. Sự phosphoryl hóa quá mức tau là một tiêu chuẩn xác định khác trong bệnh AD, với nhiều tranh cãi về sự quan trọng cảu vấn đề này. Người ta cho rằng b-amyloid kích thích sự hoạt hóa GSK, dẫn đến sự phosphoryl hóa quá mức ( tổng kết bởi Henandez 296). Thêm nữa, giả thuyết GSK về bệnh AD ‘‘GSK hypothesis of AD’’được Lovestone và cộng sự đưa ra cho rằng trong đó hoạt động quá mức của GKS3 dẫn đến sự suy giảm trí nhớ, sự phosphoryl hóa quá mức protein tau, tăng sản xuất b-amyloid, và hiện tượng
viêm tiểu thần kinh đệm qua trung gian miễn dịch. 297
Bất kể giả thuyết nào đúng sự ức chế GSK3 có thể là một chiến lược điều trị khả thi. ( theo Martinez 194). Chất ức chế thuận nghịch GSK3 đầu tiên là lithium, được tìm ra vào năm discovered in 1996. 298 nó làm giảm hoạt động của GSK3bằng cách cạnh tranh với ion magnesium để liên kết với enzyme 299 và bằng cách tăng sự ức chế quá trình phosphoryl hóa N- terminal serine của GSK3.300. Điều trị bằng lithium dẫn đến giảm sự phosphoryl hóa tau, được thúc đẩy bằng liên kết của tau với vi ống và ngăn chặn độc tính trên hệ thần kinh bằng cách giảm quá trình sản xuất b-amyloid trên mô hình chuột biên đổi gen. 301 Các thử nghiêm lâm sàng ở Nhật và Mỹ đang được tiến hành để đánh giá hiệu quả của các hợp chất này. Được tách ra bởi Higa từ một loài bọt biển ở Okinawan thuộc chi Haliclona, 302 alkaloid manzamine A (164) được ghi nhận là chất ức chế GSK tế bào (10 mM) bởi Hamann và cộng sự cộng tác với NeuroPharm.303 Manzamine A làm giảm qua trình phosphoryl hóa quá mức tau trong tuyến U nguyên bào thần kinh của người, do đó can thiệp thành công với tau bệnh lí. Một chất bán tổng hợp tương tự được nghiên về mối qua hệ giữ hoạt tính- tác dụng với GSK3, chỉ ra rằng cả phần indolevà ircinal đều cần cho tác dụng. Tính chọn lọc được đánh giá đối với một danh sách gồm 6 enzym, cụ thể là CDK1, PKA, CDK5, MAPK, và GSK3a. Hợp chất (164) ức chế không cạnh tranh GSK3b và CDK5, hai enzyme kinases liên quan tới quá trình phosphoryl hóa quá mức tau. Các kết quả này cho thấy (164) tạo nên ra một cơ sở đầy triển vọng cho việc thiết kế các chất ưc chế có hiệu lực mạnh hơn và chọn lọc trên
GSK3 mang lại các tác nhân điều trị hiệu quả cho bệnh AD.
Palinurin (165) là một sesterterpene được tach ra từ một loài bọt biển thuộc chi Iricina Polejaeff (Irciniidae) bởi Alfano và công sự vào năm 1979. 304 các chất ức chế GSK3 không cạnh tranh ATP (non-ATP competitiveinhibitors of GSK3) (4.5 mM) được cấp bằng sáng chế bởi công ty công nghệ sinh học NeuroPharm 305 Tây Ban Nha. Không có chi tiết gì được báo cáo sau đó mặc dù được cấp bằng sáng chế tiên. Đáng chú ý là , một hợp chất difuran tương tự làm bất hoạt cả hai enzyme GSK3 và CDK5, được cho là phần furan là quan trọng mang lại hoạt tính này.
Hymenaldisine (166) là một alkaloid từ biển thuộc nhóm các hợp chất thiên nhiên chứa cả hai cả hai phầnbromopyrrole và guanidine có nguồn gốc từ các loài bọt biển from sponges thuộc các họ Agelasidae, Axinellidae, và Halichondriidae. Như một phần trong bức tranh toàn cảnh về các chất ức kinase, sử dụng nguồn tài liệu về các thiên nhiên, Meijer và các cộng sự 307 đã khám phá ra họp chất này là một chất ức chế GSK3β cạnh tranh ATP (35 nM) và CDK5/p35 (28 nM) in vivo. Cả hai enzyme kinases đều tham gia vào quá trình phosphoryl hóa của 40 trong 85 vị trí có thể trên protein tau. Nhiều mức độ chọn lọc đã được ghi nhận khi sàng lọc 40 kinase, tất cả các giá trị của IC50 đều lớn hơn 1µM, mặc dù CDK1/cyclin B, CDK2/cyclin A, CDK2/cyclin E, và CDK3/cyclin E cũng có khả năng ức chế ở nồng độ thấp cỡ nano mol. CDK2 đang tồn tại một cấu trúc tinh thể, nhưng mở rộng kết luận này để xác định đặc điểm
cấu trúc của các chất ức chế kinases là không khả thi, vì công việc xác định then cấu trúc tinh thể yêu cầu phải sử dụng GSK3b hoặc CDK5 để hiểu rõ hơn tính chọn lọc của hymenaldisineđối với các kinase khác liên quan AD.
Mejier và các cộng sự phat hiện and coworkers also các họp chất indirubins chọn là các chất ức chế chọn lọc trên GSK3 .308 Các hợp chất từ 167–168, tồn tại tự nhiên trong các loài động vật chân bụng thân mềm của các họ Muricidae, Thaididae, đã được sử dụng rộng dãi như một thành phần của thuốc nhuộm có tên là Tyrian blue, do màu tím- xanh nổi bậtvà là thành phần quan trọng trong một loại thuốc cổ truyền Trung Quốccó tên 'danggui longhui wan” được sử dụng đểđiều trị bệnh bạch cầu tủy xương mãn tính. Hợp chất (167) có nguồn gốc từ sự nhị trùng hợp tự động không cần enzyme xúc tác cảu hai tiền chất phổ biến, istatin vàindoxyl. Đánh giá cả các hợp chất tự nhiên và tổng hợp tương tự Evaluating cho thấy việc thế brom vào vị trí 6’ trên các indirubin tạo nên tác dụng chọn lọc tốt hơn cho cả hai dẫn chất iso của GSK3 (IC50 22 nM).
Tính chọn lọc của các chất ức chế không cạnh tranh ATP có thể tăng lên bằng cách chuyển đổi một nhóm cetone (167) thành một nhóm oxime (168), các nhóm enzyme ERK, MAPKK, và PKC thuộc các enzyme kinases không bị ức chế nếu sử dụng nồng độ nhỏ hơn 10 µM, trong khi CDK-1, -2, -4 bị ức chế ở nồng độ khoảng 0.3 µM. Cấu trúc tinh thể của (167) và các dẫn chất khác liên kết với GSK3β, CDK5, và CDK2 chỉ ra rằng tính chọn lọc có được do cản trở lực tương tác Van der Waals trong phân tử CDK5 và CDK2 giữa nguyên tử brom ở vịt trí 6’và phần dư ra (residue ) Phe132. Trong phân tử GSK3, một phần dư ra (residue) nhỏ là leucine được thay
thế ở vị trí này, do đó làm giảm tương tác không gian không thuận lợi này. Ngoài ra, do xu hướng kị nước của các hợp chất này,vấn đề hòa tan cần phải giải quyết đầu tiên trước khi ứng dụng trên lâm sàng.
Một số các chất ức chế GSK khác đã được xác định từnguồn tự nhiên trong những năm qua (theo Fusetani 309Alonso 305), mặc dù như đã nêu ở trên ít được đánh giátrong các mô hình của bệnh Alzheimer. Với tầm quan trọng của GSK3 trong lọa bệnh thoái hóa này, việc đánh giá lại nhiều nhóm hợp chất thiên nhiên như là chất dẫn truyền thần có thể là cần thiết.