阿尔兹海默症(Alzheimer’s disease,AD)是一种常见的中枢神经系统退行性疾病,其主要病理特征包括β-淀粉样蛋白(amyloid-β,Aβ)沉积而形成的老年斑、Tau蛋白过度磷酸化产生的神经纤维原缠结(neurofibrillar tangle,NFTs)以及突触丢失等。AD的病理机制复杂,机理仍不明确。目前临床应用的抗AD药物只能缓解患者的症状,无法逆转疾病的进程。因此,多靶向抗AD药物,特别是多作用机制、靶向AD的多个环节的药物研发,成为抗AD药物研究的重要方向。糖原合成酶激酶3β(Glycogen synthase kinase 3β,GSK-3β)参与糖原合成、蛋白的转录激活、细胞生长与增殖、细胞分化、细胞凋亡控制、炎症等。在AD患者脑中,GSK-3β过度表达,不仅与Tau蛋白的过度磷酸化密切相关,还与Aβ、炎症、神经元凋亡密切相关。因此,GSK-3β是联结Aβ、tau蛋白、炎症、突触与神经元等的关键分子。针对现有的GSK-3β抑制剂不能靶向AD相关的金属离子内稳态失衡和氧化应激这一缺陷,本课题组在前期研究中,通过在GSK-3β抑制剂分子中引入具有金属螯合能力和抗氧化活性的8-羟基喹啉结构片断,设计了新型吡咯并吡啶类GSK-3β抑制剂,首次发现了能直接作用于Aβ,又兼具抗氧化应激和靶向金属内稳态失衡的高活性、多靶向抗AD的GSK-3β抑制剂B10。在细胞水平,B10能显著抑制tau蛋白磷酸化,并通过激活β-catenin通路和抑制GSK-3β通路,提高GAP43,N-myc和MAP-2的mRNA表达,显著促进神经轴突生长。目前,能直接作用于Aβ的小分子并不多见,结构信息有限。为进一步探讨吡咯并吡啶类GSK-3β抑制剂的构效关系,研究小分子与Aβ作用的规律,本研究以B10的结构为基础,在保留与GSK-3β铰链区结合的吡咯并吡啶母核和伸向I区、靶向金属内稳态失衡和氧化应激的8-羟基喹啉结构片断的基础上,对B10分子中吡咯并吡啶5位的连接基团进行变化,包括在5位引入苯基和氟原子、甲基、甲氧基或三氟甲基等单取代的苯基,双取代和三取代的苯基,以及在5位取代苯环上的间位,通过酰胺键引入苯基、苄基、4-F-苄基和吡啶-4-甲基等,设计了一系列吡咯并吡啶衍生物。首先采用经典的Skraup反应,合成8-甲氧基-6-溴喹啉,将其转换为相应的硼酸频哪醇酯后,经Suzuki偶联反应,在吡咯并吡啶的3位引入8-甲氧基喹啉结构片断。脱去吡咯氮原子的苯磺酰基和羟基喹啉的甲基保护基后,将羟基用TBS保护,再通过Suzuki偶联反应,在吡咯并吡啶的5位引入不同取代的苯基。最后,脱去TBS保护基,合成了一系列含8-羟基喹啉结构单元的吡咯并吡啶衍生物A1-A16,经氢谱、碳谱和质谱,确定了这些化合物的结构。对吡咯并吡啶衍生物进行了初步的生物活性评价。吡咯并吡啶衍生物A1-A16对GSK-3β的抑制活性微弱,IC50均大于1 μM。吡咯并吡啶5位的连有简单取代苯基的化合物A1-A12对Aβ没有作用,而吡咯并吡啶5位的苯环的间位,通过酰胺键引入苯基、苄基、4-F-苄基和吡啶-4-甲基的化合物A13-A16对Aβ具有直接作用,能显著抑制Aβ1-42的聚集,A14-A16对Aβ1-42聚集体的解聚还有一定的促进作用,这为进一步探讨小分子化合物与Aβ的相互作用,提供了非常有用的结构信息。对化合物A2,A5,A7,A9,A10,以及A13-A16进行了体外金属离子螯合实验,结果显示,这些化合物对与AD密切相关的Cu2+、Fe2+、Zn2+和Al3+具有螯合能力,而对Mg2+,Na+,Ca2+,K+没有作用,具有金属离子选择性。化合物A13-A16能抑制Cu2+诱导的Aβ1-42聚集,促进Cu2+诱导的Aβ1-42聚集体的解聚,说明这些化合物具有靶向AD金属内稳态失衡的潜力。