ACS Chem. Biol. | 基于“共体前体”法合成的蛋白质模拟分子缓解Aβ聚集导致的阿尔茨海默症症状

英文原题：Common-Precursor’ Protein Mimetic Approach to Rescue Aβ Aggregation-Mediated Alzheimer’s Phenotypes

通讯作者：Sunil Kumar 丹佛大学

供稿人：郭玮明 北京大学

大家好，今天为大家介绍一篇题为“‘Common-Precursor’ Protein Mimetic Approach to Rescue Aβ Aggregation-Mediated Alzheimer’s Phenotypes”的ACS Chem. Biol.文章，文章的通讯作者是美国丹佛大学的Sunil Kumar教授。

蛋白质-蛋白质相互作用对于许多生物过程的调节至关重要，异常的蛋白质-蛋白质相互作用（aPPIs）则可能导致多种疾病，例如淀粉样蛋白的聚集与神经退行疾病具有极大关系。因此，特异性地调节蛋白质-蛋白质相互作用以针对相关疾病是一种极具潜力的治疗干预措施。蛋白质的相互作用界面往往具有较大接触面积，包含各类复杂的相互作用，这使得它们很难借助小分子进行调节。相比之下，多肽则是一类更好的调节分子，它们能够更容易地填充到蛋白质-蛋白质相互作用界面，调节蛋白质-蛋白质相互作用。然而，复杂的细胞环境以及较差的细胞通透性限制了多肽应用。兼具多肽和小分子优势的蛋白质模拟配体为调节疾病相关的蛋白质-蛋白质相互作用提供了可能的解决方案。

寡吡啶酰胺（OPs）是能够模仿蛋白质的拓扑结构和侧链特性分子，先前的研究证明了寡吡啶酰胺可以调节多种异常的蛋白质-蛋白质相互作用。针对阿尔兹海默症相关的淀粉样蛋白质靶标，三吡啶酰胺效果非常理想。它具有很高的Aβ结合力，能够调控Aβ的聚集，并且较为稳定，无细胞毒性。但是，繁琐的多合成步骤阻碍了研究者对于寡吡啶酰胺的后续研究和应用。从二十年前第一个寡吡啶酰胺被合成出来到现在，研究者们几乎没有修改过寡吡啶酰胺的合成路线。根据先前报道，合成一个三吡啶酰胺就需要十四个合成步骤，其中十一步都需要依赖色谱纯化，总产率不足4%，仅仅只能得到某种特定的三吡啶酰胺。合成具有更多样、更复杂的官能团的大型寡吡啶酰胺库以模拟天然氨基酸的侧链更具挑战，限制了它们对更多病理靶标进行更高特异性调节的应用。

本文中，作者对于寡吡啶酰胺的合成路线进行了优化，极大地降低了合成难度，提高了产率。他们的新方法使用共同的前体即单、二和三吡啶酰胺，逐步修饰上侧链官能团，无论是引入侧链还是酰胺偶联以延长主链，均使用不需经过色谱纯化的方法（图1）。作者以市售的2-氯-6-甲基-3-硝基吡啶作为合成前体，在氢化钠存在下引入侧链官能团，过量的原料试剂能够通过冻干蒸发。此后将其硝基还原为胺基，使用无色谱酰胺偶联法与二硫酰氯活化的6-氯-5-硝基吡啶酸的反应生成双吡啶酰胺，以此进行主链的偶联。此步骤中羧基被活化为酰氯，具有极高的偶联效率，并且也不需要借助色谱纯化产物。二、三吡啶酰胺的侧链修饰和第一个略有不同，在金属钠条件下和对应的醇反应，获得对应产物。与旧方法相比，他们的新方法具有几个优点：高产率（超过50%）、更少的合成步骤、无需柱色谱纯化、易于获得侧链更丰富的分子库。当然，此方法合成出的寡吡啶酰胺的C端是一个甲基而非甲酯，结构上存在些许差异。

图1. 寡吡啶酰胺的合成路线

作者先前的研究中，他们发现了一种具有Aβ聚集拮抗作用的三吡啶酰胺ADH-41，可能能在阿尔兹海默症的治疗当中发挥作用。ADH-41的侧链对其拮抗活性起了至关重要的作用。因此，作者在本文中使用了新颖的无色谱方法，合成了具有相同侧链的ADH-41类似物RD242，二者差别在于ADH-41三吡啶酰胺C端是甲酯而RD242是甲基。体外实验表明，RD242和ADH-41两种分子都能够有效抑制Aβ的聚集。无论是与Aβ的结合位点还是结合力，RD242均表现出和ADH-41极高的一致（图2）。这些数据说明将三吡啶酰胺C端的甲酯替换为甲基几乎不影响三吡啶酰胺对Aβ的结合能力以及对Aβ聚集的拮抗作用。

图2. RD242对Aβ聚集的拮抗作用

体内实验中，作者使用了秀丽隐杆线虫GMC101作为阿尔兹海默症模型验证RD242三吡啶酰胺的生物功能，该模型线虫的肌肉细胞会表达Aβ42多肽，随着线虫的生长，Aβ肽将会逐步聚集，导致氧自由基（ROS）水平升高，运动能力降低。作者发现，RD242能够很好地穿过细胞膜进入线虫体内，并且没有观察到细胞毒性。在幼虫阶段的第二天（L4阶段）给药，能够有效抑制Aβ肽的聚集以及氧自由基的增加，线虫的运动状态也和健康的线虫无异。证明了RD242能够在早期抑制阿尔兹海默的发展，减轻相关症状（图2、图3）。随后，作者选择在线虫成年阶段的第五天给药以模拟阿尔兹海默症发病后给药的情形，RD242能够显著延缓Aβ的聚集。

图3. RD242对线虫的运动能力的影响

编者认为，和先前的工作相比，合成寡吡啶酰胺的过程是本文的一大特色，本文中合成的寡吡啶酰胺的C端是一个甲基而非甲酯，正是甲基相对甲酯化学稳定性的提升，使得作者能够采用更加高效的化学反应，避免了色谱纯化，提高了产率，从而优化了合成路线。寡吡啶酰胺作为一类能够调节蛋白质-蛋白质相互作用的蛋白质分子，本文中的例子就很好地展示了寡吡啶酰胺对Aβ的聚集的一致，表明了其在治疗阿尔兹海默症方面的潜力。或许在不久的将来，寡吡啶酰胺类的分子能够在异常蛋白质-蛋白质相互作用导致疾病的治疗方面发挥出更大的价值。

转自：“ACS美国化学会”微信公众号

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