【药物发现】化学家改造致幻分子发现潜在戒瘾及抗抑郁药物

正文

12 月 9 号，来自加州大学戴维斯分校的 David E. Olson 课题组在 Nature 上在线发表题为 " A non-hallucinogenic psychedelic analogue with therapeutic potential" 的研究论文。这项工作通过功能导向合成来改造一种迷幻剂伊博格碱（ ibogaine ），发现了更安全的、非致幻的，具有治疗抑郁症和减少酒精和海洛因依赖的潜在药物。

— — 背景 ——

伊博格碱（ ibogaine ）是从非洲植物伊博格中提取出的一种生物碱，虽然它还没有进行严格的临床对照试验，但坊间研究有提及它可以减轻戒毒症状，减少对药物（ 包括阿片类药物、酒精和精神刺激剂 ）的依赖和防止复发的作用。然而，伊博格碱的应用前景受到几个限制。首先是很难从植物中获取，而且缺乏高效的手性合成方法。目前，伊博格碱外消旋体的合成途径只有三条，路线长度为 9~16 ，总收率为 0.1~4.8% 。第二，伊博格碱存在严重的安全性问题。由于它的非极性，导致其易在脂肪组织中积累，并通过抑制 hERG 钾离子通道导致心脏毒性。此外，它能引起持续 24 小时以上的幻觉。伊博格碱曾作为一种治疗精神疾病的药物在法国出售，但最终因其副作用过大已撤市。虽然伊博格碱的确切作用机制尚未完全阐明，但有证据表明，它可能通过促进神经可塑性而改变与成瘾相关的通路。作者认为，神经塑化剂如伊博格碱和麦角酸二乙酰胺（ LSD ）促进成瘾相关神经通路的结构和功能可塑性的能力，有可能被开发用作抗成瘾剂，治疗各种成瘾物质。为了开发更简单、更安全的伊博格碱类似物，首先需要了解其哪些结构对其神经塑化作用至关重要。

—— 功能导向的伊博格碱类似物的合成 ——

伊博格碱 的特征结构包括吲哚、四氢氮杂卓和双环的异奎宁骨架，通过系统地删除这些关键骨架作者获得了一系列化合物（ 8-11 ，如图 1 所示）。除 11a 外，含有异奎宁但缺乏 四氢氮杂卓骨架的类似物（ 8-10 和 11b ），要么是弱的神经塑化剂，要么不能促进神经元生长。相比之下，大多数缺乏异奎宁，但保留四氢氮杂卓骨架的类似物 (12 -16) 则是有效的。作者发现 13 号分子（代号 IBG ）尽管化学结构简化，但其神经塑化性能与伊博格碱相当。而且相对于伊博格碱， IBG 的亲脂性更低（伊博格碱和 IBG 的 clogP 分别为 2.61 和 4.27 ），相应的有降低心脏毒性的潜力（亲脂性是已知的促进抑制 hERG 通道的因素）。此外， IBG 的中枢神经系统 (CNS) 多参数优化 (MPO) 评分为 5.2 ，优于伊博格碱的 3.8 （ MPO 是辉瑞提出的描述中枢神经系统候选药物的经验参数，数值从 0 到 6 ，数值越大作为 CNS 候选药物的潜力越大 ) 。加上 IBG 可以通过单步反应合成得到，因此作者优先从 IBG 出发进一步优化。

图 1. 功能导向的 伊博格碱类似物的合成。伊博格碱的关键结构特征和相应的类似物 。

IBG 的结构类似于 5- 羟色胺 2A 受体（ 5-HT2A ）激动剂 5- MeO-DMT （见图 2 ）。此前报道过的构效关系研究表明，与 5 -MeO-DMT 和其他已知的致幻剂不同， 6-MeO-DMT 不能代替 2,5- 二甲氧基 -4- 甲基安非他命（受管制的精神药物）使得实验鼠能区分开致幻剂和盐，说明 6-MeO-DMT 的致幻性很弱。此外，作者此前的工作也证明， 6-MeO-DMT 不会像其它 5-HT2A 激动剂那样诱发幻觉。因此为了降低候选分子的致幻性，作者也合成了 6- 甲氧基吲哚并四氢氮杂卓的 18 号分子，命名为 TBG 。与 IBG 类似， TBG 也可以一步合成得到（如图 2 所示）。

图 2. IBG 和 TBG （分别为 13 号和 18 号分子，其中 IBG 的 R1, R2 = OMe ， H ； TBG 的 R1, R2 = H ， OMe ）的一步合成路线。 5-MeO-DMT 和 6-MeO-DMT 的结构。

——IBG 和 TBG 的安全性评估 ——

为了评估 IBG 和 TBG 的致幻能力，作者使用 5-MeO-DMT (10 mg kg−1) 作为阳性对照，在实验鼠头部抽搐反应试验（ 5-HT2A 激动剂诱发幻觉能力的评估实验）中对它们进行了测试。 5-MeO-DMT 使实验鼠产生了强烈的头部抽搐反应，它的构象限制类似物 IBG 的作用明显减少，而 TBG 则几乎观察不到抽搐反应。

伊博格碱 抑制 hERG 通道的 IC ₅₀ 为 1 μ M 。相比之下， IBG 和 TBG 的效力分别比伊博格碱低约 10 倍和 100 倍，表明其心脏毒性的潜力较低。给静止的斑马鱼幼鱼 注射伊博格碱会降低其心率并增加诱发心律失常的可能性， IBG 和 TBG 则都没有诱导这些不良表型。作者还用斑马幼鱼评价伊博格碱和 TBG 诱发 癫痫的风险，发现与已知的诱发癫痫的化合物戊四唑相比，伊博格碱和 TBG 几乎都观察不到诱发癫痫的风险。最后，作者使用成熟的 斑马鱼发育毒性试验比较了伊博格碱、 IBG 和 TBG 对生物形态学的影响。 100 μM 的伊博格碱显著增加了受精后 2 天和 5 天（ days post-fertilization ，简写为 dpf ）的畸形率和死亡率。相比之下，同浓度的 IBG 和 TBG 处理的斑马鱼存活率明显更多（如图 3 所示）。

为了验证 IBG 和 TBG 的靶点，作者进行了血清素受体 (5-HT) 和阿片受体功能测定来评估其 GPCR 信号。实验结果表明， IBG 和 TBG 表现为弱或无阿片激动剂活性，而表现出强烈的 5-HT2A 受体激动剂活性。而且，与构象限制较少的 5-MeO-DMT 相比，在对 5-HT 受体组中的 81 个潜在靶点的全面筛查显示， IBG 和 TBG 表现出更好的选择性和安全性。

图 3. TBG 是一种更安全的 伊博格碱类似物。 a. 小鼠头部抽动反应实验表明， TBG 不会引起幻觉。阳性对照 (+Ctrl) 为 5-MeO-DMT （剂量为 10mg kg ⁻¹ ）。 b.HEK293 细胞中 hERG 通道表达的抑制。 c. 与 伊博格碱不同， IBG 和 TBG 不会增加斑马鱼幼体心律失常的风险。 d. 用化合物 (100 μ M) 处理 2 dpf 的斑马鱼的代表性图像。 e. 随着时间的推移，化合物引起的畸形率和死亡率 ( 所有治疗组包含 48 斑马鱼 ) 。 f. 测量不同化合物对 5-HT2A( 左 ) 和 5-HT2B( 右 ) 受体的活性。

——TBG 的治疗潜力评估 ——

1. 1. TBG 对神经可塑性的影响

在证明了 TBG 的安全性之后，作者接下来评估了它对神经可塑性的影响。根据 Sholl 分析（神经生物学中广泛使用的量化树突复杂性的方法）， TBG 处理过的大鼠胚胎皮质神经元增加了树突轴的复杂性。除了促进树突生长， TBG 还能增加树突棘密度。作者还使用经颅（ transcranial ）双光子成像来评估 TBG 对小鼠感觉皮质脊柱动力学的影响，观察到使用 TBG 会增加脊柱的形成。

1. 2. TBG 对强迫游泳试验行为的影响

增加大脑前部的神经可塑性在啮齿动物模型中已被证明有抗抑郁作用，因此作者评估了 TBG 的潜在抗抑郁作用。对 7 天不定期的轻度应激后的小鼠进行强迫游泳测试（常用来测试老鼠抑郁类行为的实验），发现施加压力后小鼠静止的时间明显增加。已有研究报道了氯胺酮在强制游泳测试中产生类似抗抑郁的作用，因此作者直接比较了氯胺酮和 TBG 的作用。氯胺酮和 TBG 在给药 24 小时后均能显著降低小鼠的不活动。然而，氯胺酮的效果似乎更持久。值得注意的是， TBG 对给药后 24 小时的运动没有影响，且 5-HT2A 拮抗剂的添加会阻断了 TBG 的抗抑郁作用。强迫游泳试验中

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