新型萘醌[2,3-d]噻唑衍生物的合成及其生物学评价：作为强效的17β-HSD10抑制剂

《Bioorganic Chemistry》：Synthesis and biological evaluation of novel naphthoquinone [2,3-d] thiazole derivatives as potent 17β-HSD10 inhibitor

本研究设计合成了naphthoquinone[2,3-d] thiazole衍生物，发现化合物14具有强效17β-HSD10抑制活性（IC50=6.33 μM），可改善APP/PS1小鼠认知功能，恢复线粒体功能（降低ROS 24%，提升ATP 76%），抑制CDK5/p25和Tau磷酸化，减少Aβ沉积达三分之二，证实其为多靶点神经保护剂。

　　

刘二峰|道世云|崔超|何万清|张丽军|唐黄

中国教育部药用资源化学与分子工程重点实验室，广西药用资源化学与分子工程重点实验室，广西师范大学特色药用资源化学工程研究中心，中国广西桂林市541004

摘要

设计了一系列新型萘醌[2,3-d]噻唑衍生物作为17β-HSD10抑制剂。化合物14表现出较强的17β-HSD10抑制活性（IC₅₀ = 6.33 μM）和良好的血脑屏障穿透性。分子对接证实了其核心骨架与17β-HSD10催化三联体之间的关键相互作用。在APP/PS1小鼠模型中，化合物14显著改善了认知功能，且未影响17β-HSD10蛋白水平。它通过功能抑制17β-HSD10，从而恢复了线粒体功能（ROS减少24%，ATP增加76%，抑制了细胞色素c的释放），减轻了CDK5/p25的激活和Tau的过度磷酸化，提高了BDNF水平（皮质增加58%），并减少了约三分之二的Aβ斑块负荷。这些结果表明化合物14是一种多靶点神经保护剂，能够通过抑制17β-HSD10同时改善线粒体损伤、Tau病理和Aβ沉积。

引言

研究人员越来越认为，必须确定早期阿尔茨海默病（AD）干预的新治疗靶点。这一需求在β-淀粉样蛋白（Aβ）和Tau积累达到引发神经炎症和不可逆神经元损伤的阈值之前尤为迫切。值得注意的是，线粒体功能障碍和能量代谢紊乱是这一阶段的标志性事件。其中，17β-羟基类固醇脱氢酶10型（17β-HSD10）已被确定为导致线粒体损伤的关键酶[1]。

17β-HSD10（也称为淀粉样蛋白结合醇脱氢酶ABAD）是一种独特的线粒体蛋白，属于17β-羟基类固醇脱氢酶家族。它不仅参与线粒体代谢，还在代谢应激下帮助维持线粒体完整性[1]。该酶是其家族中唯一能够结合Aβ的成员。它们之间的相互作用不仅介导了Aβ诱导的细胞毒性，而且当酶过度激活时，还会导致突触功能障碍、线粒体呼吸受损、ATP耗竭和活性氧生成增加[2],[3],[4]。

研究表明，17β-HSD10在AD最受影响的脑区（如大脑皮层和海马体）中过度表达，无论是在患者还是转基因淀粉样前体蛋白/17β-HSD10小鼠模型中都是如此。17β-HSD10依赖NAD⁺/NADH辅因子，催化多种底物的还原和氧化，包括雌二醇（E2）、过氧化物还原酶-2（Prdx-2）和内噬蛋白-1（Ep-1）[1]。

E2在大脑中是一种重要的神经保护因子，可促进神经元生长和存活，增强突触可塑性，并减轻氧化应激和神经炎症。此外，E2还能改善神经元的线粒体功能，从而支持细胞能量供应。在AD相关机制中，E2可通过调节淀粉样前体蛋白（APP）的代谢和干扰其运输来减少Aβ的产生。E2还被证明可以抑制Tau的过度磷酸化并调节糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）的活性[1]。17β-HSD10与Aβ的相互作用会破坏神经元中的E2/雌酮（E1）平衡，降低E2水平，进而促进ROS积累、Aβ聚集、DNA片段化和细胞凋亡[5],[6],[7],[8]。

Prdx-2作为一种抗氧化剂，可以降解过氧化物，在AD中表达上调[9]。尽管这种上调是对氧化性脑损伤的保护性反应[10]，但E2水平的降低会升高细胞质钙浓度，触发周期依赖性激酶5（CDK5）/p25的病理激活。异常的CDK5激活会导致Thr89磷酸化，使Prdx-2失活[11]，同时诱导Tau的过度磷酸化，导致神经纤维缠结和强烈的神经炎症[12],[13]。

Ep-1是一种参与突触囊泡内吞作用、线粒体功能和受体运输的蛋白质家族成员，在多种神经退行性疾病中表达上调[14]。其过度表达会进一步激活丝裂原活化蛋白激酶激酶1（MEKK1），引发激酶级联反应，导致c-Jun N末端激酶（JNK）的激活及其下游效应器的磷酸化。这种磷酸化事件可能涉及核转位，从而影响关键的神经元功能，包括轴突生长、线粒体活性、突触可塑性和细胞凋亡[1],[15],[16]。

体外研究表明，17β-HSD10抑制剂可以减轻该酶与Aβ相互作用引起的线粒体功能障碍和氧化应激，同时提高神经类固醇水平，从而促进神经保护和神经再生[17],[18],[19],[20],[21]。这些发现表明，抑制17β-HSD10的酶活性可能是治疗AD的有希望的策略，并为探索其病理机制提供了新工具。

然而，已知的17β-HSD10小分子抑制剂数量相对有限，主要分为三类：融合吡唑化合物、苯并噻唑类似物和神经类固醇化合物（图1）。

融合吡唑化合物对17β-HSD10的抑制效力最强，IC₅₀值在51至96 nM之间。它们通过占据酶的底物结合口袋并在活性位点与NAD⁺辅因子形成共价加合物来发挥作用。这些化合物在细胞实验中显示出减轻Aβ诱导的毒性的潜力[22],[23]。然而，关于它们在AD治疗中的应用研究仍不足，缺乏系统的文献支持。需要进一步探索和临床验证以评估其长期疗效。

苯并噻唑类似物是一类研究较为广泛的17β-HSD10抑制剂，具有中等抑制活性，IC₅₀值在1至100 μM之间。研究表明，它们的活性依赖于尿素结构，该结构可能与Aβ或17β-HSD10形成氢键相互作用。在苯并噻唑环上引入小的吸电子基团（例如氯或氟）可以增强抑制活性，而对位-羟基取代的苯脲化合物效果更为明显。目前的研究集中在提高它们的抑制效力、溶解性和血脑屏障穿透性[18],[19],[24],[25],[26],[27],[28]。

近年来，神经类固醇类似物因具有内源性来源以及在人体中天然的较高亲和力而受到广泛关注。它们的IC₅₀值在0.1至20 μM之间[21],[29]。然而，这些抑制剂存在非选择性问题，因为它们可能同时影响其他具有类似功能的酶，从而难以特异性地靶向17β-HSD10[30]。这一限制限制了它们在AD中的治疗潜力。

萘醌融合的五元杂环在自然界中广泛存在，具有抗炎、抗菌和抗肿瘤等生物活性[31],[32],[33]。萘醌[2,3-d]噻唑（图1）的B和C环结构与已知17β-HSD10抑制剂的苯并噻唑部分高度相似。在本研究中，我们以萘醌噻唑为核心骨架，设计并合成了一系列在2位带有不同烷氨基侧链的萘醌噻唑衍生物，并在体外和体内研究了它们的作用。

部分摘录

化学

目标化合物5–26按照方案1所示合成。合成过程从2,3-二氯-1,4-萘醌1开始，将其与氨水反应得到化合物2。随后用硫化钠九水合物和乙基乙二酸处理化合物2，得到化合物3。化合物3在碱性条件下水解得到化合物4。最后，化合物4经过噻酰氯的顺序处理，再经过进一步反应转化为目标产物5–26

结论

基于17β-HSD10抑制剂-苯并噻唑类似物的结构特征，设计并合成了一系列22种新型萘醌[2,3-d]噻唑衍生物。从这一库中，根据化合物14在体外中的强17β-HSD10抑制活性和良好的血脑屏障穿透性，选出了候选化合物14。在APP/PS1转基因小鼠中观察到化合物14显著的体内治疗效果。机制研究表明，其有益效果并非源于...

化学

¹H和¹³C核磁共振（NMR）光谱是在Bruker Avance AV400 NMR光谱仪上记录的，使用四甲基硅烷（TMS）作为内标。高分辨率质谱（HRMS）分析是在配备电喷雾离子化（ESI）源（正离子模式）的Bruker impact II质谱仪上进行的，数据以m/z的形式报告。

CRediT作者贡献声明

刘二峰：研究工作。道世云：研究工作。崔超：验证工作。何万清：验证工作。张丽军：监督、项目管理。唐黄：撰写初稿、监督、项目管理和资金获取。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了广西自然科学基金（资助编号：2025GXNSFAA069585）和广西科技厅人才计划（编号：guike AD23026252）的支持。广西师范大学药用资源化学与分子工程国家重点实验室（资助编号：CMEMR2020-A10）。广西研究生教育创新项目（资助编号：XYCSZ2019055）。