Potensi Alkaloid Terhasil Secara Semulajadi Sebagai Ejen Terapeutik Pelbagai Sasaran Untuk Penyakit Neurodegeneratif

Hubungi:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

Abstrak:Alkaloidadalah kelas metabolit sekunder yang boleh diperoleh daripada tumbuhan, kulat, dan span marin. Ia dikenali secara meluas sebagai sumber perubatan berterusan untuk pengurusan penyakit kronik termasuk kanser, diabetes, dan penyakit neurodegeneratif. Sebagai contoh, galanthamine dan huperzine A adalahalkaloidderivatif yang kini digunakan untuk pengurusan gejala penyakit neurodegeneratif. Etiologi penyakit neurodegeneratif adalah poligenik dan pelbagai faktor termasuk tetapi tidak terhad kepada keradangan, tekanan oksidatif, dan pengagregatan protein. Oleh itu, alkaloid berasaskan produk semula jadi dengan sifat modulasi polifarmakologi berpotensi berguna untuk pembangunan ubat selanjutnya atau, pada tahap yang lebih rendah, sebagai nutraseutikal untuk menguruskan neurodegenerasi. Kajian ini bertujuan untuk membincangkan dan merumuskan perkembangan terkini tentang alkaloid yang diperoleh secara semula jadi untuk penyakit neurodegeneratif.

Kata kunci:alkaloid; ejen berbilang sasaran; kolinesterase; neuroprotektif; keradangan saraf; neurogenesis; amiloid-beta; protein tau; keserupaan dadah

CegahAlzheimerpenyakit dengancistanche

Yew Rong Kong 1,†, Kai Ching Tay 1,†, Yi Xiang Su 1, Choon Kwang Wong 1, Wen Nee Tan 2,* dan Kooi Yeong Khaw

1 Biofunctional Molecule Exploratory Research Group (BMEX), School of Pharmacy, Monash University Malaysia, Jalan Lagoon Selatan, Bandar Sunway 47500, Malaysia

2 Chemistry Section, School of Distance Education, Universiti Sains Malaysia, Penang 11800, Malaysia

1. Pengenalan

Neurodegeneratifpenyakitdikelaskan sebagai sekumpulan penyakit kronik yang kebanyakannya tidak boleh diubati dan dicirikan oleh kehilangan ingatan yang progresif dan/atau kematian sel neuron dalam sistem saraf pusat. Beberapa contoh termasuk penyakit Alzheimer (AD) dan penyakit Parkinson (PD) dan rancangan pengurusan untuk penyakit ini hanyalah rawatan simptomatik yang tidak menghentikan perkembangan penyakit [1,2]. Kebanyakan penyakit ini berkait rapat dengan usia. Setiap penyakit neurodegeneratif dikaitkan dengan pelbagai manifestasi klinikal seperti disfungsi kognitif dan fungsi harian terjejas [3]. Pada tahun 2016, kira-kira 43.8 juta orang mengalami demensia dan 6.1 juta orang menderita penyakit Parkinson, dan jumlahnya terus meningkat setiap tahun [4,5]. AD menyumbang kira-kira 75 peratus daripada semua kes demensia, oleh itu ia dianggap sebagai bentuk demensia yang paling biasa [6,7].

Gejala AD termasuk kehilangan ingatan, dan ia boleh berkembang ke peringkat lanjut yang menjelma sebagai pergolakan, sikap tidak peduli, pencerobohan, halusinasi, kepercayaan palsu dan disfungsi kognitif; akhirnya, pesakit AD yang teruk mati akibat kehilangan fungsi fisiologi asas dan komplikasi daripada jangkitan [8-10]. Pilihan rawatan untuk AD adalah terhad kepada perencat kolinesterase termasuk donepezil, rivastigmine, dan galanthamine, dan antagonis reseptor N-metil-D-aspartat (NMDA) bernama memantine. Sementara perencat kolinesterase menghalang pemecahan asetilkolin untuk meningkatkan aktiviti neuron kolinergik dalam sistem saraf pusat, memantine menghalang neurotoksisiti yang disebabkan oleh glutamat berlebihan [11]. PD dicirikan oleh kehadiran pergerakan perlahan dan sekurang-kurangnya satu daripada simptom berikut termasuk gegaran berehat, ketidakstabilan postur, atau ketegaran otot. PD biasanya diuruskan dengan ubat-ubatan yang meningkatkan aktiviti saraf dopaminergik termasuk levodopa dan agonis dopamin, serta ubat-ubatan yang menyekat metabolisme dopamin termasuk perencat catechol-O-methyltransferase (COMT) dan perencat monoamine oxidase B (MAO-B) [12]. Kedua-dua keadaan tidak mempunyai penawar yang sama ada menghentikan perkembangan penyakit atau membalikkan kerosakan. AD adalah penyakit multifaktorial kerana etiologinya dikaitkan dengan pengumpulan amiloid-beta, hiperfosforilasi protein tau, excitotoxicity, tekanan oksidatif, dan neuroinflammation [7,13]. Walaupun PD dikaitkan dengan pembentukan protein yang mengandungi agregat intraselular seperti ubiquitin dan alpha-synuclein (-Syn) yang membentuk badan Lewy, neurodegenerasi dopaminergik dalam substantia nigra pars compacta (SNpc) dan neuroinflammation [12,14].

Cistanche herba boleh meningkatkan daya ingatan

Satu lagi persamaan antara AD dan PD ialah kedua-dua penyakit berkaitan dengan neuroinflammation. Neuroinflammation yang disebabkan oleh plak amyloid-beta dalam AD dan agregat alpha-synuclein dalam PD dengan ketara memburukkan kehilangan neuron kolinergik dan dopaminergik, masing-masing [11,14]. Memandangkan pilihan rawatan semasa semata-mata memberikan kelegaan gejala, penyelidikan berterusan telah memfokuskan pada mengenal pasti pilihan terapeutik berbilang sasaran untuk penyakit neurodegeneratif. Produk semula jadi adalah sumber terapeutik yang prolifik. Sebagai contoh, terbitan semula jadialkaloidtermasuk huperzine A dan galanthamine daripada tumbuhan ubatan telah ditemui dan diterokai potensinya dalam pengurusan AD [15]. Sehingga kini, anjakan paradigma ke arah pendekatan modulasi berbilang sasaran dalam pengurusan penyakit neurodegeneratif adalah selaras dengan ciri-ciri terbitan produk semula jadi yang lazim dengan ciri-ciri berbilang sasaran. Kajian ini menyediakan kemas kini mengenai literatur terkini tentang perencat kolinesterase berasaskan alkaloid dan ia mempunyai keberkesanan in vivo dalam model haiwan, menonjolkan mekanisme mereka dalam model eksperimen berkaitan gangguan neurodegeneratif termasuk neuroprotection, neuroinflammation, neurogenesis, patologi tau, dan amyloid- pengumpulan beta. Salah satu halangan dalam pembangunan dadah termasuk sifat seperti dadah. Oleh itu, analisis sifat fizikokimia sebatian berasaskan alkaloid juga dijalankan.

2. Potensi Perencatan Kolinesterase Alkaloid Terhasil Produk Semulajadi

Acetylcholinesterase enzyme (AChE) is predominantly found in the cholinergic synapses while butyrylcholinesterase enzyme (BuChE) is a non-substrate-specific enzyme that can be found throughout the body including in glial cells. Low levels of AChE and high levels of BuChE have been reported as AD progress [16]. Acetylcholinesterase enzyme inhibitors (AChEi) including galanthamine (1) and donepezil are drugs that have been approved by the Food and Drug Agency (FDA) to manage AD. Archie is used to enhance acetylcholine (ACh), a neurotransmitter responsible for cognition at a homeostatic level in the brain [17–19]. Therefore, chemical compounds able to inhibit the AChE enzyme or both AChE and BuChE enzymes (dual inhibitor) are considered essential in the management of the progression of AD. In this review, all naturally occurring alkaloids are categorized by their inhibitory activities in IC50. By definition, IC50 is a measure of the potency that one chemical substance has to inhibit a specific biological or biochemical function [11]. The inhibition in three categories (IC50 ≤ 10 µM, 10–50 µM, and >50 µM) ditunjukkan dalam Rajah 1.

Alkaloid indol adalah antara kumpulan terbesar metabolit sekunder heterogen, yang terdiri daripada cincin aromatik enam anggota yang bergabung dengan cincin pirol yang mengandungi nitrogen lima anggota [36]. Rescinnamine (3) daripada refleks Rauvolfifia dilaporkan bertindak sebagai perencat dwi cholinesterase (IC50 AChE 11.01 µM; BuChE 8.06 µM) [20]. Alkaloid indole monoterpene diiktiraf sebagai molekul yang mengandungi unit monoterpenoid yang bercantum kepada bahagian indole. Alkaloid indole monoterpene (4–6) yang diasingkan daripada Nauclea Officinalis mempunyai aktiviti perencatan BuChE terpilih. Augustine (4), nuklein (5), dan Augustine (6) telah terbukti menghalang BuChE dengan IC50 dalam julat 1.03 hingga 7.70 µM. Kajian kinetik menunjukkan bahawa 4 adalah perencat mod campuran dengan nilai Ki 6.12 µM [21].

-alkaloid karbolin membentuk bahagian indole yang bergabung dengan C-3 dan C-4 piridin pada kedudukan ortonya [37]. Sepuluh -karbolin alkaloid (7–16) Peganum harmala dilaporkan mempunyai aktiviti perencatan kolinesterase dengan nilai IC50<10 µm.="" harmol="" (8),="" harmalol="" (13),="" deoxyvasicine="" (15),="" and="" vaccine="" (16)="" were="" potent="" inhibitors="" of="" buche="" with="" ic50="" values="" in="" the="" range="" of="" 0.04="" to="" 0.66="" µm.="" however,="" harmine="" was="" the="" most="" potent="" ache="" inhibitor="" with="" an="" ic50="" of="" 1.21="" µm="" among="" the="" indole="" alkaloids.="" a="" preliminary="" structure-activity="" relationship="" study="" showed="" that="" multiple="" substitutions="" at="" the="" indole="" ring="" and="" saturation="" of="" the="" pyridine="" ring="" were="" essential="" for="" the="" cholinesterase="" inhibition="" effects="" [22].="" 3-ethyl-12-methoxy-β-="" carboline="" (17)="" and="" 6,12-dimethoxy-3-ethyl-β-carboline="" (18)="" from="" picrasma="" quassinoids="" were="" reported="" as="" possessing="" ache="" inhibitory="" properties="">

Rajah 2 menunjukkan bahawa sejumlah 55 alkaloid dikenal pasti sebagai AChEi, manakala 24 alkaloid dikenal pasti sebagai BuChEi. Pada asasnya, 16 alkaloid ditunjukkan untuk menghalang kedua-dua enzim pada nilai IC50 bersamaan atau kurang daripada 10 µM. Jadual 1 menyenaraikan alkaloid bioaktif yang diasingkan daripada tumbuhan bersama-sama dengan aktiviti perencatan kolinesterasenya, manakala Rajah 3 dan 4 memaparkan struktur kimia alkaloid 1–61.

Alkaloid isoquinoline adalah antara pelbagai kelas alkaloid yang diperoleh daripada sumber semula jadi. Mereka terdiri daripada isoquinoline atau cincin tetrahydroisoquinoline sebagai rangka asas mereka [38]. Nasihat (19) ialah perencat dwi kolinesterase yang paling kuat dengan nilai IC50 0.15 dan 0.88 µM untuk kedua-dua AChE dan BuChE. Ranitidine (20) mempunyai aktiviti perencatan yang lebih lemah terhadap kedua-dua AChE dan BuChE daripada 19 dengan nilai IC50 masing-masing 0.65 µM dan 5.73 µM [24]. Dengan perbandingan struktur molekul, amina tertier hadir pada kedudukan 7 daripada 19 dan 20 dan bertanggungjawab untuk pertalian pengikatan yang tinggi terhadap kedua-dua AChE dan BuChE. Berberine klorida (21) dan 13-alkylberberine (22) ialah dua lagi alkaloid isoquinoline yang diperoleh daripada rizom Coptis Chinensis yang mempunyai struktur molekul yang berbeza sedikit daripada 19 dan 20. Walaupun kedua-dua 21 dan 22 mempunyai IC50 > 10 µM ke arah BuChE, 21 menunjukkan aktiviti perencatan yang lebih kuat terhadap AChE dengan IC50 sebanyak 1.1 µM daripada 22 dengan IC50 sebanyak 5.6 µM [25]. Dengan membandingkan struktur molekul kedua-dua alkaloid, dilihat bahawa kehadiran kumpulan metil pada kedudukan 13 dalam struktur 22 bertanggungjawab untuk mengurangkan aktiviti perencatan terhadap kedua-dua AChE dan BuChE.

Alkaloid aporfin dan proaporfin secara semula jadi diperoleh daripada isoquinoline. Secara amnya, mereka diedarkan dalam keluarga Annonaceae, Lauraceae, Magnoliaceae, dan Menispermaceae [39]. Pemeriksaan ekstrak daripada Stephania Epigaea [26], Illigera aromatik [40], Beilschmiedia sp. [27], Monimiaceae, dan Magnoliaceae [41] menghasilkan pengasingan siri alkaloid jenis aporfin dan proaporfin. Antaranya, epinastine B (23), dehydrodicentrine (24), romaine (25), doktrin (26), 2-hydroxy-9-methoxyaporphine (27), laurotetanine (28), liriodenine (29), oreobeiline (30), boldine (31), secoboldine (32), asimilobine (33), (S)-3-methoxynordomesticine (34) dan isoboldine (35) dilaporkan mempamerkan aktiviti perencatan AChE yang ketara [26,27] .

Alkaloid jenis likorin, juga dikenali sebagai alkaloid Amaryllidaceae, tergolong dalam kumpulan besar alkaloid isoquinoline. Mereka boleh didapati dalam tumbuhan keluarga Amaryllidaceae. Banyak alkaloid jenis likorin telah diasingkan, kebanyakannya tertumpu pada mentol dan daun [42]. Alkaloid jenis likorin termasuk galantine (36) dan 1 daripada Zephyranthes carinata menunjukkan aktiviti perencatan AChE terhadap AChE [28].

Alkaloid steroid adalah salah satu kelas alkaloid penting yang berasal dari tumbuhan. Mereka mempunyai tulang belakang steroid asas dengan atom nitrogen hadir dalam cincin atau rantai sisi [43]. Tiga alkaloid steroid baharu Mokluangins A–C (37–39) daripada Holarrhena pubescens dilaporkan mempunyai aktiviti perencatan AChE dalam julat 1.44 hingga 4.09 µM, di mana penggantian pada C-3 berfungsi sebagai kunci dalam modulasi AChE aktiviti perencatan [29]. Alkaloid isosteroid ialah salah satu daripada alkaloid steroid yang mewakili kepunyaan rangka C-27 jenis [43]. Tujuh alkaloid isosteroid (40-46) daripada Fritillaria walujewii dilaporkan untuk aktiviti perencatan kolinesterase yang berpotensi. Tortifolin (40), Walujewine C (41), Sinpeinine A (42), Walujewine A (46), dan Walujewine E (44) ditunjukkan untuk menghalang AChE dengan nilai IC50 5.8 hingga 9.8 µM, manakala semua sebatian terbukti menghalang BuChE kurang daripada 10 µM kecuali 46. Dapat disimpulkan bahawa semua sebatian adalah perencat dwi kolinesterase kecuali 43, 45, dan 46 [30].

cistanche untuk dijual

Alkaloid Pyrroloiminoquinone terutamanya diasingkan daripada organisma marin. Alkaloid pyrroloiminoquinone yang penting termasuk discorhabdins, prognosis, bazillions, wakayin, dan Camarones [44]. Discorhabdins G (47) dan B (48) dari Antartika Latrunculia sp. span mempamerkan aktiviti perencatan AChE dengan nilai IC50 masing-masing 1.3 dan 5.7 µM [31]. Alkaloid Lycopodium adalah kelas alkaloid yang menarik, biasanya ditemui dalam tumbuhan Lycopodiaceae. Mereka terdiri daripada alkaloid jenis quinolizine, piridin, dan -pyridone [45]. Secara amnya, alkaloid lycopodium terdiri daripada rangka C16 dan kadangkala mempunyai rangka C32 apabila ia wujud sebagai dimer [46]. Antara alkaloid lycopodium terpencil, huperzine A (2) telah muncul sebagai perencat AChE yang terkenal dalam rawatan AD [45]. Squarrose A (49) dan pyrrolhuperzine A (50) telah diasingkan sebagai alkaloid Lycopodium baharu daripada Huperzia squarrosa, bersama-sama dengan 2 dan 12-epilycodoline N-oksida (51) yang diketahui. Berdasarkan penemuan, huperzine A adalah yang paling kuat untuk perencatan AChE, diikuti oleh 49, 50, dan 51 [32]. Dalam kajian kesinambungan pada tumbuhan yang sama, H. squarrosa menghasilkan 52 sebagai alkaloid lycopodium baru dengan potensi perencatan AChE [33].

Alkaloid jenis likodin tergolong dalam kelas alkaloid likopodium. Secara amnya, ia terdiri daripada empat cincin, termasuk satu cincin piridin atau piridin. Alkaloid jenis likodin telah diketahui menunjukkan aktiviti perencatan AChE [46]. Dalam kajian yang dijalankan ke atas alkaloid jenis likodin termasuk Lycocasuarinine D (53), Lycocasuarinine A (54), N-demethylhuperzinine (55), dan huperzine C (56) daripada Lycopodiastrum casuarinoides, mereka dilaporkan untuk potensi perencatan kolinesterase mereka. 50 dan 51 menunjukkan perencatan AChE dengan nilai IC50 0.22 dan 4.74 µM, manakala 55 dan 56 adalah perencat dwi cholinesterase [34].

Flavoalkaloid adalah subkelas unik alkaloid yang terdiri daripada rangka asas flavonoid yang bergabung dengan cincin yang mengandungi nitrogen, seperti pirolidinon, pirolidin, indole, piperidin, piperidin, dan aminoglikosida [47]. Sehingga kini, kurang daripada 100 keloid rasa semulajadi telah dilaporkan, walaupun ia didapati menunjukkan pelbagai bioaktiviti [35,47]. Dalam kajian baru-baru ini, lima keloid rasa kayu manis baru diasingkan daripada Camellia sinensis. Sebatian itu dikenali sebagai 3-O-cinnamoylepicatechin (57), (-)-6-(5"' S)

N-etil-2-pyrrolidinone-3-O-cinnamoylepicatechin (58), (−)-6-(5"'R)-N-etil-2-pyrrolidinone{{1{{ 30}}}} O-cinnamoylepicatechin (59), (−)-8-(5"'S)-N-ethyl-2-pyrrolidinone-3-O-cinnamoylepicatechin (60) dan (− )-8-(5"'R)-N-ethyl-2-pyrrolidinone-3-O-cinnamoylepicatechin (61). Semua keloid perisa menunjukkan aktiviti perencatan AChE yang ketara dengan IC50 antara 0.126 hingga 1.040 µM . Kajian itu mendedahkan bahawa kedudukan C-6 adalah penting dalam aktiviti perencatan AChE [35].

3. Potensi Modulasi Pelbagai Sasaran Alkaloid dalam Penyakit Neurodegeneratif

Selama beberapa dekad, penyelidik telah banyak memberi tumpuan untuk menemui ubat-ubatan yang berpotensi mengubah suai perkembangan penyakit neurodegeneratif, contohnya, penemuan perencat rembesan berdasarkan hipotesis amiloid untuk penyakit Alzheimer. Malangnya, tiada seorang pun daripada calon telah menunjukkan hasil yang menjanjikan meningkatkan perkembangan penyakit dalam fasa akhir ujian klinikal. Inhibitor kolinesterase kekal sebagai ubat untuk pengurusan penyakit dan kajian lanjut digesa untuk meneroka potensi alkaloid untuk pengurusan keadaan neurodegeneratif sebagai tambahan kepada aktiviti kolinesterase mereka [48]. Walaupun mempunyai sifat anti-kolinesterase yang kuat yang membantu meningkatkan fungsi kognitif, kami telah menjalankan carian pada alkaloid dalam Jadual 1 yang mempunyai aktiviti perencatan kolinesterase yang berpotensi dan menyusun beberapa kajian yang telah melaporkan potensi alkaloid ini untuk bertindak ke atas pelbagai sasaran lain, untuk memberikan gambaran keseluruhan potensi modulasi berbilang sasaran bagi sebatian ini. Walau bagaimanapun, ia tidak boleh diketepikan bahawa sebatian dengan aktiviti perencatan kolinesterase yang lebih rendah tidak berpotensi berguna untuk beberapa sasaran lain dalam penyakit neurodegeneratif. Bahagian ini memberi tumpuan terutamanya kepada penyakit Alzheimer (AD) dan penyakit Parkinson (PD). Pengumpulan mekanisme yang bertindak alkaloid ini termasuk neuroprotection, neuroinflammation, neurogenesis, pengagregatan amiloid-beta (A), dan hiperfosforilasi tau.

3.1. Neuroprotection

Neuroprotection melambatkan kehilangan neuron dan perkembangan seterusnya penyakit neurodegenerative melalui pelbagai laluan, termasuk pengurangan tekanan oksidatif, disfungsi mitokondria, pengagregatan protein, keradangan, excitotoxicity, dan apoptosis sel [49].

Beberapa kajian telah menunjukkan bahawa harmane (7), harmol (8), harmine (9), harmaline (12), dan harmalol (13) tergolong dalam kelas indole -carboline (Jadual 1), mempamerkan potensi neuroprotektif terhadap kerosakan neuron. Kajian In Vitro menunjukkan bahawa 7 melindungi terhadap ketoksikan yang disebabkan oleh H2O2-dalam sel neuroblastoma dengan melemahkan daya tahan sel yang berkurangan [50]. Model ini dikaitkan dengan kecederaan neuron yang disebabkan oleh tekanan oksidatif yang terlibat dalam perkembangan penyakit neurodegeneratif.

12 digunakan secara meluas untuk mendorong gegaran pada tikus, tiada kesan negatif ditemui pada sel PC12 dopaminergik sahaja pada kepekatan 50 μM, sama untuk harmalol metabolitnya 13 [51]. Hasilnya bertepatan dengan dua kajian lain yang menunjukkan tiada ketoksikan yang dikenakan pada sel PC12 oleh 12 dan 13 sahaja [52,53]. MPP plus adalah neurotoksin kepada neuron dopaminergik yang terlibat dalam penyakit Parkinson (PD). Peranan 7 dalam menyekat kesan 1-Methyl-4- phenylpyridinium (MPP plus ) dicapai melalui potensi transmembrane mitokondria yang ditindas (MMP), pelepasan cytochrome c, pengaktifan caspase-3, spesies oksigen reaktif ( ROS), dan tahap GSH In Vitro [51–53]. Pengoksidaan dopamin memulakan lata yang berbeza untuk membentuk neurotoksin endogen yang menyumbang kepada neurodegenerasi [54,55]. Dalam kes 12, ia ditunjukkan untuk mengimbangi kesan toksik pengoksidaan dopamin yang dikenakan pada mitokondria otak Ex Vivo. Ini dikaitkan dengan sifat antioksidan 12 melalui mengekalkan aktiviti thioredoxin reduktase dan menghalang pengoksidaan tiol dan oleh itu pembentukan produk pengoksidaan dopamin [56]. Di samping itu, 9 dan 12 enzim antioksidan terkawal seperti superoxide dismutase [57] dan glutathione peroxidase (GPx) In Vitro, manakala dalam kajian lain, mereka mengurangkan ketinggian ROS dan pengoksidaan tiol, yang membawa kepada mekanisme pertahanan antioksidan yang dipertingkatkan untuk menghasilkan kesan neuroprotektif. [52,53,58,59].

Selain itu, 9 memberikan kesan neuroprotektif dengan mengawal selia tahap protein pengangkut glutamat-1 (GLT-1) dan GLT-1 dan pengambilan glutamat yang bergantung kepada pengangkut aspartat glutamat (GLAST) dalam sel astroglial dan dalam tisu kortikal tikus SOD1G93A, model tikus transgenik sklerosis lateral amyotrophic [60]. Pengangkut glutamat ini mengekalkan kepekatan ekstraselular glutamat yang rendah, yang merupakan neurotransmiter penguja, di mana pengumpulannya menyumbang kepada excitotoxicity [61]. Selain itu, kajian sistematik baru-baru ini menunjukkan bahawa 9 meningkatkan ingatan dan pembelajaran dan menunjukkan kesan neuroprotektif pada hippocampus dalam model eksperimen praklinikal [62]. Ia dikatakan terlibat dalam peningkatan GLT{11}}, pengurangan ROS, peningkatan faktor neurotropik (BDNF) yang berasal dari otak dan mempunyai kesan anti-radang. Dalam konteks PD, 9 baru-baru ini disiasat untuk kesan degradasinya pada -synuclein In Vitro. Sistem ubiquitin-proteasome (UPS) adalah salah satu sistem yang mengeluarkan - synuclein melalui aktiviti proteolitik proteasome dan telah ditunjukkan bahawa 9 meningkatkan aktiviti proteolitik melalui fosforilasi protein kinase A (PKA) dan seterusnya meningkatkan pelepasan UPS untuk -synuclein [63, 64].

13, metabolit 9, dimasukkan ke dalam keputusan daripada kajian yang dinyatakan sebelum ini sebagai sebatian yang menarik dan didapati bahawa 13 memberikan perlindungan saraf melalui tekanan oksidatif modulasi, MMP, dan apoptosis In Vitro [51-53]. Penemuan ini menunjukkan penurunan dalam ROS dan pengoksidaan tiol, peningkatan dalam tahap GSH, dan pengecilan dalam kehilangan MMP [51-53,65]. Kesan 13 pada dua daripada proses yang terlibat dalam pengantaraan kematian sel, iaitu pembebasan pengaktifan cytochrome c dan caspase-3, telah disiasat juga, dan 13 menurunkan kedua-duanya [51,66].

Penyelidikan tentang kesan perlindungan berberine klorida (21), yang merupakan alkaloid isoquinoline (Jadual 1), terhadap degenerasi neuro telah semakin popular sejak beberapa tahun kebelakangan ini. Dalam kajian in vivo, prarawatan 21 pada 6-hidroksidopamin (6-OHDA) merangsang neurotoksisiti yang memodelkan PD pada tikus dengan ketara mengurangkan putaran akibat apomorfin dan kehilangan substantia nigra pars compacta yang diwarnai Nissl ( SNpc), dan melemahkan pengurangan imunoreaktiviti tyrosine hydroxylase dalam neuron dopaminergik SNpc [67]. Kajian In Vitro menunjukkan bahawa 21 menggunakan sifat neuroprotektif terhadap neurodegenerasi pengantara tekanan oksidatif melalui pengaktifan Akt/GSK, Akt/GSK3 /Nrf-2 dan PI3K/Akt/Nrf2 lata isyarat, meningkatkan p-CREB, merangsang NGF dan Keluaran BDNF, menurunkan translokasi nuklear NF-κB, menekan TNF , COX-2, IL-1B, NF-κB dan menurunkan kawal selia caspase-1, caspase-3, Bax, Ketinggian Bcl-2, kitaran D1 dan p53 [68]. Selain daripada keputusan yang setanding dengan kajian terdahulu, Deng dan pasukan melaporkan 21 penurunan pengeluaran ROS dan pengurangan MMP terbalik In Vitro, dan mencadangkan 21 memberi kesan neuroprotektif oleh pengaktifan laluan PI3K / Akt dalam neurotoksisiti yang disebabkan oleh rotenone [69]. 21 juga terbukti melindungi sel PC-12 daripada kerosakan oksidatif melalui mitophagy pengantara PI3K/AKT/mTOR [70]. Degenerasi seperti Wallerian (WLD) adalah degenerasi axonal, memanjang dari axon distal ke tapak kecederaan dan berlaku dalam penyakit neurodegenerative [71]. Menariknya, 21 didapati sebagai perencat bukan kompetitif bagi Steril Alpha dan Toll Interleukin Receptor Motif yang mengandungi protein 1 (SARM1), yang merupakan pengantara utama untuk WLD, menghasilkan perencatan peratusan daripada skrin utama sebanyak 70 peratus [72] . Kajian yang sama menguji aktiviti perencatannya pada domain SAM1−2TIR sel bakteria dan Expi293 untuk mengesahkan penemuan dan memperoleh nilai IC50 masing-masing 110 ± 10 µM dan 77 ± 5 µM. Di samping itu, 21 meningkatkan CYP2J2, protein yang didapati melindungi terhadap model PD, melalui rangsangan Peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPAR- ) In Vitro [73]. Kajian in vivo menunjukkan bahawa 21 menghalang perencatan asid aminolevulinic dehydratase (δ-ALA-D) dan menghalang kerosakan pada penghantaran purinergik dengan melemahkan kehilangan aktiviti NTPDase, ADP, 50 -nukleotidase dan ADA dalam demensia yang disebabkan oleh streptozotocin, di mana peraturan penghantaran ini memainkan peranan dalam pemprosesan memori [74,75]. Walau bagaimanapun, aktiviti δ-ALA-D dalam sel neuron tertentu memerlukan siasatan lanjut kerana kajian terhad yang tersedia.

cistanche untuk dijual

Rangsangan aktiviti hemikhannel glial meningkatkan pembebasan ATP dan glutamat yang seterusnya mendorong kematian neuron, manakala Reticulon-3 (RTN3) terkumpul dalam otak AD dan memudahkan perkembangan neurit distrofik [76,77]. Boldine (31), alkaloid aporphine (Jadual 1), dilaporkan mengurangkan aktiviti hemik saluran astroglial tanpa menjejaskan komunikasi persimpangan jurang, mengurangkan pelepasan ATP dan glutamat. Kajian in vivo menunjukkan 31 dilindungi daripada tekanan oksidatif neuron dan distrofi neuritik mengelilingi plak amyloid-beta (A), di mana kawasan yang lebih kecil dan lebih sedikit RTN3 immunoreactive dystrophic neurite (RIDNs) diperhatikan dalam tikus APP/PS1 [78]. Dalam kajian lain, 31 H2O2 terurai, penurunan degradasi deoksiribosa pengantara besi dan EDTA dan pembentukan melanin oleh pengoksidaan dopamin, kehilangan MMP yang dilemahkan, ketinggian sitokrom C, kehilangan aktiviti thioredoxin reduktase, menghalang pengoksidaan tiol yang disebabkan oleh dopamin dan {{15} }OHDA dan PC{16}} kehilangan daya maju sel, dan pengaktifan caspase-3 yang disebabkan oleh dopamin [79].

Kajian in vivo menunjukkan bahawa deoxyvasicine (15), iaitu alkaloid -karbolin (Jadual 1), melindungi neuron daripada kerosakan akibat tekanan oksidatif pada dos 15 mg kg−1. Kajian itu menunjukkan bahawa jumlah glutathione peroxidase (GPx) telah meningkat dengan ketara dengan pemberian 15, seterusnya meningkatkan mekanisme pertahanan antioksidan dalam otak. Di samping itu, 15 mampu meningkatkan survival saraf dengan meningkatkan faktor neurotropik yang berasal dari otak (BDNF) pada 45 mg kg−1 [80].

3.2. Neuroinflammation

Selama bertahun-tahun, kajian telah dijalankan untuk menyiasat patologi keadaan neurodegeneratif dan neuroinflammation telah didapati sebagai salah satu mekanisme asas. Kecacatan dalam fungsi sel imun boleh mencetuskan keradangan dalam sistem saraf pusat (CNS) dan akhirnya menyebabkan kecederaan saraf. Khususnya, keradangan akut boleh memberi manfaat kepada otak. Sebaliknya, keradangan kronik boleh membahayakan otak dengan menggalakkan hiperfosforilasi protein tau dan pengagregatan amiloid-beta (A). Mekanisme ini boleh diaktifkan oleh mediator proinflamasi seperti interleukin 1 (IL-1) dan interleukin 6 (IL-6). Oleh kerana keradangan berkait rapat dengan patologi keadaan neurodegeneratif seperti AD dan PD, alkaloid yang dapat mencegah keradangan saraf mungkin dapat memperbaiki keradangan saraf serta membantu menguruskan keadaan [81-83].

9 dan 12 telah diserlahkan untuk mampu mengatasi radang saraf. Adalah dicadangkan bahawa mereka dapat mengurangkan pengeluaran sitokin radang seperti tumor necrosis factor-alpha (TNF-) dan myeloperoxidase (MPO) dan mediator seperti nitric oxide (NO). Khususnya, 7 dan 12 masing-masing menunjukkan IC50 daripada 0.08 µM dan 0.26 µM terhadap MPO, oleh itu membuktikan potensi mereka untuk digabungkan sebagai agen untuk mengatasi keradangan saraf [58,59]. Di samping itu, kajian in vivo mencadangkan bahawa 9 defisit kognitif yang ketara bertambah baik dalam tikus diabetes yang disebabkan oleh kimia pada 20 mg kg−1. Kajian itu mencadangkan diabetes mellitus berkait rapat dengan disfungsi kognitif dan kedua-duanya berkaitan dengan keradangan. Apabila 9 diberikan kepada tikus diabetes, aktiviti inflammasom NLRP3 telah ditindas, membawa kepada peningkatan dalam ekspresi faktor neurotropik yang berasal dari otak (BDNF) dan seterusnya meningkatkan keupayaan kognitif [84]. Di samping itu, kajian in vivo melaporkan bahawa 9 juga mampu melepasi halangan darah-otak (BBB) ​​sejurus selepas pengambilan oral [85].

Satu lagi alkaloid -karbolin 15 dapat menghalang keradangan saraf melalui beberapa laluan. Kajian in vivo telah membuktikan bahawa 15 mampu meningkatkan jumlah -GABA dan mengurangkan jumlah glutamat dalam otak pada kepekatan 5 1, 15, dan 45 mg kg−1. -GABA ialah neurotransmitter penting yang bertindak menghalang keradangan saraf yang dimulakan oleh astrocytes dan mikroglia dengan menghalang pembebasan TNF- . Selain itu, pengeluaran TNF-, yang merupakan sitokin yang menggalakkan keradangan, juga dikawal dengan ketara dalam corak yang bergantung kepada kepekatan apabila dirawat dengan 15 pada kepekatan 5-45 mg kg−1 [80].

21 bertindak pada berbilang sasaran untuk memperbaiki keadaan AD. Salah satu mekanisme tindakan 21 adalah untuk melemahkan neuroinflammation [86]. Sebagai contoh, kajian in vivo melaporkan penurunan dalam mediator pro-radang termasuk COX-2, IL-12, IL-6, IL-1 dan TNF- yang terhasil daripada pentadbiran 21 dalam otak tikus AD [87]. Tambahan pula, kajian in vivo melaporkan bahawa 21 menghalang ekspresi subbahagian p65 dan fosforilasi pada 50 mg kg−1. p65 adalah subbahagian heterodimer NF-κB yang penting dalam memodulasi pengeluaran protein radang [88]. Di samping itu, kajian in vivo juga melaporkan bahawa 21 dapat mengatasi keradangan saraf dengan menekan lata isyarat IL-6, TNF dan p38 MAPK [89].

3.3. Neurogenesis

Neurogenesis dewasa ialah proses yang berlaku di zon subgranular (SGZ) dan zon subventrikular (SVZ) hippocampus untuk menghasilkan neuron sepanjang hayat manusia. Kecacatan dalam neurogenesis dewasa berpotensi mengakibatkan keadaan neurodegeneratif seperti penyakit Alzheimer (AD), penyakit Parkinson (PD), dan penyakit Huntington (HD) [90]. Sebagai contoh, kajian in vivo melaporkan bahawa kemerosotan neurogenesis dewasa mungkin telah bermula pada peringkat awal penyakit AD walaupun sebelum pembentukan kusut neurofibrillary neurotoksik dan plak A [91,92].

Kajian In Vitro mencadangkan bahawa 8, 9, dan 12 berjaya mendorong neurogenesis apabila diuji pada sel progenitor yang dikultur dari SGZ dan SVZ. Tambahan pula, metabolisme 9 dalam tubuh manusia menghasilkan 8 sebagai produk utama. Alkaloid -karbolin ini juga mampu mendorong pengkhususan sel neuron dan ini dibuktikan dengan kehadiran ekspresi MAP-2 dan Tuj-1. Kajian itu mencadangkan bahawa potensi neurogenesis alkaloid -karbolin ini dikaitkan dengan aktiviti perencatan mereka terhadap monoamine oxidase [70] dan DYRK1A [93].

Kajian In Vitro yang menyiasat potensi neurogenesis alkaloid aporfin (Jadual 1) pada sel PC-12 menunjukkan bahawa asimilobine (33) secara signifikan merangsang pertumbuhan neurit dalam sel-12 PC tetapi tanpa kesan yang jelas pada pengekodan ekspresi mRNA untuk protein yang penting untuk pembahagian sel dan pengkhususan. Di samping itu, kajian itu juga melaporkan bahawa 33 sangat mudah ditembusi merentasi penghalang darah-otak (BBB), menjadikannya calon ubat yang berpotensi untuk pengurusan keadaan neurodegeneratif [94].

3.4. Pengagregatan Beta Amyloid

Amyloid beta (A ) ialah produk yang terhasil daripada pemecahan enzimatik protein prekursor amiloid (APP) oleh -secretase dan -secretase dan dicadangkan bahawa A memainkan peranan dalam pembangunan AD. A ialah peptida yang kebanyakannya terdiri daripada 40–42 asid amino dan terdedah kepada pengagregatan untuk membentuk plak neurotoksik A. Sebaik sahaja plak A terkumpul di dalam otak, aktiviti sinaptik dan neuron yang tidak normal akan berkembang, menyebabkan kerosakan pada otak dan menghasilkan gejala seperti defisit kognitif dan kehilangan ingatan secara beransur-ansur [95,96].

Oleh itu, menghalang pengagregatan A boleh membantu melambatkan perkembangan AD. Selain daripada aktiviti anti-kolinesterase yang ditunjukkan oleh alkaloid terbitan tumbuhan, sebahagian daripadanya mampu menghalang pengagregatan A. Nasihat (19) dan nizatidine (20) adalah alkaloid isoquinoline (Jadual 1) dan ia mempunyai keupayaan untuk menghalang oligomerisasi A .

Kajian In Vitro melaporkan bahawa 19 dan 20 menunjukkan penindasan intensiti sederhana terhadap pengagregatan A seperti yang dilihat daripada nilai IC50 mereka masing-masing 5.56 dan 1.89 µM terhadap A . Malah, ia juga dicadangkan bahawa kedua-dua 19 dan 20 mempunyai aktiviti perencatan yang paling ketara terhadap pelbagai sasaran yang terlibat dalam keadaan neurodegeneratif dan mereka mempunyai struktur molekul yang sama jika dibandingkan dengan alkaloid isoquinoline lain yang diekstrak daripada Zanthoxylum rigidum. Oleh itu, adalah digalakkan untuk menyiasat perancah molekul yang dikaitkan dengan aktiviti berbilang sasaran mereka [24]. Selain itu, 21 telah dikaji selama bertahun-tahun dan semakan melaporkan bahawa ia menghalang lata isyarat ERK1/2 dan mitogen-activated protein kinase (MAPK), seterusnya menyahaktifkan -secretase-1 (BACE-1) dan semakin berkurangan generasi A [86]. Malah, 21 dipasarkan sebagai produk di kaunter yang dimakan secara lisan di China, kerana kajian yang menyiasat keberkesanan dan keselamatannya selepas penggunaan oral melaporkan hasil yang boleh diterima. Selain daripada aktiviti anti-kolinesterase, yang setanding dengan 1 dan 21 juga mempunyai keupayaan untuk mengurangkan agregasi A dengan mengurangkan pembentukan A . Kajian in vivo melaporkan bahawa 21 dapat secara signifikan menghalang aktiviti -secretase dalam otak AD, seterusnya mengurangkan pembentukan A sehingga 40 peratus dan memperbaiki gejala AD. Selain daripada tindakan menindas terhadap -secretase, satu lagi kajian in vivo melaporkan bahawa 21 meningkatkan aktiviti A 40 yang merendahkan potensi neurotoksik A 42 dengan mengubah suai kestabilan, morfologi, dan keterlarutan A 42 untuk menjejaskan pengagregatan A 42 [87,97]. Pernyataan ini disokong lagi oleh kajian in vivo yang mendakwa bahawa 21 pada kepekatan 50 dan 100 mg/kg/hari dapat mengecilkan bahagian Pen-2, Aph-1 dan PS1 -secretase dan -secretase, seterusnya menyekat pengeluaran A . Di samping itu, 21 ditunjukkan dengan ketara meningkatkan aktiviti -secretase pada kepekatan yang sama [98]. Kajian In Vitro seterusnya mencadangkan bahawa 21 dapat menghalang oligomerisasi pembentukan A dan fibril [99].

3.5. Tau Hiperfosforilasi

Protein Tau (τ) memainkan peranan penting dalam menstabilkan mikrotubul neuron dan seterusnya menyokong struktur neuron dan pengangkutan nutrien secara intrasel. Kinase yang merangkumi kinase terkawal fosforilasi tyrosine dwi-kekhususan 1A (DYRK1A), glikogen synthase kinase-3 (GSK-3 ), Ca2 plus /calmodulin activated protein kinase II dan kinase bergantung kepada cyclin-5 (Cdk5) boleh mendorong tau hiperfosforilasi. Hiperfosforilasi protein tau membawa kepada penggumpalan protein tau terfosforilasi untuk membentuk kusut neurofibrilla filamen heliks berpasangan tau. Akibatnya, mereka tidak lagi menyokong mikrotubulus dalam neuron, akhirnya membawa kepada apoptosis neuron dan seterusnya neurodegenerasi [100].

9 didapati mempunyai aktiviti perencatan terhadap DYRK1A yang seterusnya menghalang hiperfosforilasi protein tau. Ia telah dibuktikan oleh kajian In Vitro bahawa 9 adalah perencat kuat DYRK1A dengan IC50 kira-kira 80 nM. 9 menyahaktifkan DYRK1A, dengan itu menindas fosforilasi tau pada serine 396, seterusnya mengurangkan ketiga-tiga jenis bentuk fosforilasi protein tau. Dengan mengurangkan jumlah tau terfosforilasi, harmine (9) mengekalkan fungsi tau untuk menyokong mikrotubul dalam neuron, menghalang kematian neuron. Walau bagaimanapun, dilaporkan bahawa 9 boleh menjadi neurotoksik pada kepekatan melebihi 8 µM disebabkan oleh pengurangan protein tau yang berlebihan [100].

Selain daripada 9, 21 juga dapat menghalang hiperfosforilasi protein tau. Walaupun lebih banyak penyelidikan perlu dijalankan ke atas mekanisme sebenar 21 untuk mengurangkan hiperfosforilasi tau, dua kajian In Vitro telah menunjukkan bahawa 21 mampu menghalang hiperfosforilasi protein tau yang dirangsang oleh calyculin A pada kepekatan 20 dan 25 µg mL−1 dengan mengurangkan aktiviti GSK-3 dan mengawal selia aktiviti protein fosfatase 2A. Di samping itu, pembalikan fosforilasi tau telah diinduksi oleh 21 pada Ser262 [86,101,102]. Kajian in vivo juga melaporkan bahawa sifat antioksidan 21 boleh membantu menghalang ekspresi berlebihan protein tau dan hiperfosforilasi tau dalam otak AD [87].

4. Analisis Fisikokimia Alkaloid

Rajah 5 menunjukkan analisis sifat fizikokimia alkaloid yang termasuk dalam ulasan ini. Berat molekul majoriti sebatian adalah di bawah 500 Da. Sebatian berat molekul yang lebih tinggi termasuk 44, 45, dan alkaloid perisa (58–61). Hanya satu sebatian yang melanggar peraturan Lipinski untuk pendermaan ikatan hidrogen, ikatan boleh putar dan kawasan permukaan kutub topologi (TPSA). Menariknya, semua sebatian yang disertakan dalam ulasan ini mengikut peraturan Lipinski untuk Log P dan penerima ikatan hidrogen (HBA). 32 sebatian dikelaskan sebagai sangat larut, 15 sebatian mempunyai keterlarutan sederhana dan 7 sebatian mempunyai keterlarutan rendah.

5. Kaedah

Semua alkaloid terbitan semula jadi yang dilaporkan untuk aktiviti perencatan kolinesterase dalam literatur antara 2011–2020 telah dimasukkan dalam kajian ini. Alkaloid sintetik, alkaloid yang dikenal pasti secara sementara oleh kromatografi gas-spektrometri jisim (GC-MS) dan spektrometri jisim kromatografi cecair LCMS yang dilaporkan untuk perencatan kolinesterase mereka dikecualikan dalam kajian ini. Rajah 1 menunjukkan bahawa 38 peratus dan 18.7 peratus perencat AChE dan BuChE dengan IC50 Kurang daripada atau sama dengan 10 µM telah dimasukkan dalam kajian ini. Akibatnya, 61 sebatian dengan IC50 kurang daripada atau sama dengan 10 μM kecuali 1 dan 2 telah dimasukkan ke dalam teks dan semakan untuk potensi pengubahsuaian penyakit termasuk perencatan amiloid-beta, perencatan hiperfosforilasi tau, keradangan neuro, neurogenesis, dan pelindung saraf. kesan. Sifat fizikokimia 59 alkaloid (kecuali galanthamine dan huperzine A) telah diramalkan (JChem Segera 17.10.0, 2020 ChemAxon Ltd. ).

6. Kesimpulan

Badan bukti yang semakin meningkat telah menunjukkan kepentingan alkaloid yang diperoleh secara semula jadi sebagai modulator penyakit neurodegeneratif. Walaupun alkaloid adalah sumber utama perencat AChE, sejumlah besar perencat dwi kolinesterase dan perencat BuChE sedang ditemui. Adalah menarik untuk diperhatikan bahawa beberapa alkaloid yang didokumenkan dalam ulasan ini melindungi neuron daripada mekanisme yang merosakkan seperti neuroinflammation, tekanan oksidatif, excitotoxicity, apoptosis, A accumulation, dan tau phosphorylation, dan boleh dibangunkan untuk pengurusan penyakit Alzheimer dan Parkinson. Secara khusus, 9 dan 21 adalah modulator yang berpotensi dalam pengurusan perkembangan penyakit ini. Namun begitu, dos alkaloid ini untuk digunakan dalam penyakit neurodegeneratif masih tidak dapat disimpulkan. Analisis fizikokimia mendedahkan bahawa majoriti alkaloid mengikut peraturan Lipinski tentang kemungkinan dadah. Penghalang darah-otak adalah faktor penting yang menjaga penembusan sebatian ke dalam otak dan memerlukan perhatian lebih lanjut untuk diberikan kepadanya. Maklumlah, kemunduran sebatian terbitan semula jadi seperti hasil pengekstrakan yang rendah telah menghentikan pembangunan calon berpotensi menjadi petunjuk terapeutik. Pembangunan lanjut diperlukan untuk meningkatkan kegunaannya sebagai terapeutik yang berdaya maju.