今天分享的是发表在《JournaloftheAmericanChemicalSociety》上的“PhotoswitchablePseudoirreversibleButyrylcholinesteraseInhibitorsAllowOpticalControlofInhibitioninVitroandEnableRestorationofCognitioninanAlzheimer’sDiseaseMouseModeluponIrradiation”。
光药光药理学（photopharmacology）是一种新兴的医疗方法，其中将光学开关结构导入药剂中，通过光来改变药物的形状和化学性质，导致不同的生物活性。旨在开发出副作用与毒性更小的药剂。这些光开关分子可以通过光在两种分子状态之间可逆切换，其中一种分子状态的热力学不太稳定。
乙酰胆碱酯酶(AChE)和丁基胆碱酯酶(BChE)分别催化神经递质乙酰胆碱(ACh)的水解，乙酰胆碱缺乏可引起记忆障碍。在阿尔茨海默病(AD,一种中枢神经系统的神经退行性疾病)的患者中观察到ACh缺乏，导致患者表现为记忆丧失和认知功能障碍。BChE抑制剂在小鼠模型中不仅有快速的治疗AD效果，而且有神经保护作用。氨基甲酸酯类BChE抑制剂是一种高效、选择性的BChE抑制剂。通常，这些伪不可逆BChE抑制剂由一个载体分子通过氨基甲酸酯基团连接到脂肪族残基。这些抑制剂的伪不可逆抑制剂的结合机制可以分为两个化学反应:(1)氨基甲酸酯转移到酶(carbamylation)由平衡常数Kc和速率常数κ3决定；(2)氨基甲酸酯水解的酶(decarbamylation)为速率常数κ4决定。
为了更深入地了解BChE抑制的动力学和结合模式，一个强有力的方法是使用光开关抑制剂。该策略已成功用于研究AD中的其他靶点，特别是hAChE。最近，这一方法被可逆抑制剂用于光控制BChE活性。然而，这些功能化的磷噻唑三唑(2)和磷酸化的2-芳基氨基丙烯酸(3)化合物需要很长的激光照射时间(30分钟~分钟)和特别高的抑制剂浓度(μM)来调节酶的体外活性(Fig.1)。目前，仅有少量的光开关抑制剂被用于体内实验。
遵循两种不同的策略:氨基甲酸酯的脂肪族残基偶氮化和载体支架的偶氮延伸的策略，作者设计和合成伪不可逆BChE抑制剂4-10(Fig.1)。其中，只有化合物8-10具有光学异构体。这5个化合物通过改良的Ellmann’s实验测定了它们对hBChE和hAChE的选择性，结果表明这5个伪不可逆BChE抑制剂保留了对hBChE的选择性。这5个伪不可逆BChE抑制剂中，化合物9和10对hBChE的抑制程度为nM级别，同时光学异构体之间的差异达到了6-10倍(44.6nMcis,nMtrans）。
因此，对它们动力学，Kc和κ3值进行了进一步的研究。与抑制活性一致，化合物9和10的光异构体在氨基甲酸酯转移上表现出显著的差异，活性更强的光异构体的氨基甲酸酯转移到hBChE的速度要快得多(Fig.2C?D)。因此，从热力学上更稳定的同分异构体出发的光可以分别打开(化合物10)或关闭(化合物9)传递速率。化合物9不仅可以控制hBChE的转移速率，还可以控制hBChE完全抑制后的再激活。在光照射下，两种光异构体的被抑制酶的半衰期相差3倍。随后，作者还研究了化合物10和hBChE(分辨率1.9?)的高分辨率晶体结构6QAA的非共价对接，解释其光异构体在氨甲酰化缔合步骤中的差异。解释了trans-10相对于cis-10的不利Kc值和抑制活性。
作者最后测定了所合成的所有BChE抑制剂也在急性AD模型中的药效。上述光开关的抑制剂在极低的剂量下显示出明显的抗遗忘作用。化合物9是腹腔内接种(ip)，但在小鼠大脑中检测到相关化合物的顺势和反式结构，表明它们可以、穿过大脑血屏障(BBB)。随后对化合物9进一步进行体内研究，(1)光可控的BChE再激活率可能导致神经保护模型的差异，(2)光可控的抑制剂的反式构型做为开的状态下的IC50值可能导致抗失忆模型的差异。化合物9的两种光异构体在低剂量时已经具有活性，但在神经保护和抗失忆小鼠AD模型中，两种光异构体之间没有显著差异。然而，化合物9抗失忆模型中观察到的趋势促使作者对化合物10进行体内活性评价，因为化合物10在体外光异构体之间有明显的差异。作者观察到，在0.1-0.3mg/kg剂量范围内，化合物10顺式异构体对Aβ25-35-诱导的交替亏损有效。化合物10的光异构体在体外的10倍差异可以转化为光异构体在体内的“全反应或无反应”。在0.3mg/kg的剂量下，顺式异构体可以使动物记忆行为完全恢复，而反式异构体则没有任何效果(Fig.4B)。
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