小分子化合物在制备拮抗自噬流受损导致的神经

本发明涉及神经毒性或者神经性疾病相关药物，具体涉及小分子化合物在制备拮抗自噬流受损导致的神经毒性或者神经性疾病的药物中的应用。背景技术：1、阿尔茨海默病(ad)，是一种毁灭性的神经退行性疾病。有研究表明，ad患者的血液镉(cd)水平明显高于健康对照组，在美国老年人中，ad死亡率与血液cd水平显著相关。在动物研究中发现，cd暴露与β-淀粉样蛋白(aβ)沉积有关，这是ad的主要病理标志之一。研究与cd相关的环境污染物对ad发生发展的影响以及潜在的机制，将有利于我们对ad发病机制的理解，并探究新的治疗靶点和策略。镉(cd)作为一种常见的环境污染物，可以通过血脑屏障，促进阿尔兹海默症的发展。通过研究镉ad的作用机制，筛选可以有效拮抗镉的神经毒性的药物，用于预防或治疗阿尔兹海默症的发生发展。2、针对拮抗重金属镉暴露诱导的神经毒性或者神经性疾病的药物进行筛选和研究，首先需要明确治疗神经退行性疾病发生发展的关键靶点。其中，自噬是真核细胞中异常蛋白或缺陷细胞器降解和细胞基本成分更新的过程，越来越多的证据表明，ad的发病机制与自噬受损有关，自噬可能通过调节aβ的产生和消除来参与aβ的代谢。先前的研究表明，给ad小鼠服用雷帕霉素(一种特异性自噬激动剂)可显著减少大脑细胞内aβ和细胞外淀粉样蛋白沉积，并改善认知功能。但是，调控参与aβ的代谢的自噬的生物学过程的关键生物靶点以及生物分子之间的相互作用机制，还需要进一步研究明确，进而为设计和制备拮抗重金属镉暴露诱导的神经毒性或者神经性疾病的药物创造条件。技术实现思路1、本发明意在提供小分子化合物在制备拮抗自噬流受损导致的神经毒性或者神经性疾病的药物中的应用，以解决现有技术的缺少拮抗自噬流受损导致的神经毒性或者神经性疾病的小分子药物的技术问题。2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：3、一种小分子化合物在制备拮抗自噬流损伤的试剂中的应用，其结构式为：4、5、进一步，所述自噬流损伤为自噬体与溶酶体融合受损或者溶酶体功能受损。6、进一步，所述自噬流损伤为镉暴露引起的自噬流损伤。7、正常的自噬流阻断会导致自噬流损伤，进而影响正常的生理过程。本技术方案的sr10可以拮抗自噬流损伤，进而用于治疗与自噬流损伤相关的疾病。除此之外，sr10还可以用于基础科研中，作为一种自噬流损伤的拮抗试剂，作用于实验对象之后可对其自噬流进行调控，进而研究相关的作用机制和信号通路。作为一种小分子化合物，相对于一般的基因敲除、转基因、基因过表达等手段，小分子化合物的使用方法更为简便，更具有优势。8、本技术方案还提供了一种小分子化合物在制备治疗阿尔兹海默症的药物中的应用，其结构式为：9、10、进一步，所述一种小分子化合物用于抑制镉暴露导致的淀粉样蛋白-β前体蛋白的累积。11、淀粉样蛋白-β前体蛋白的累积会导致淀粉样蛋白-β积累增多，进而加快阿尔兹海默症的疾病进程。本技术方案筛选出的小分子化合物sr10，可以有效抑制镉暴露导致的淀粉样蛋白-β前体蛋白的累积，进而实现对阿尔兹海默症的治疗。12、本技术方案还提供了一种小分子化合物在制备拮抗镉暴露导致的神经毒性的药物中的应用，其结构式为：13、14、进一步，小分子化合物的作用浓度为5-40μm。15、实验证明，本方案的小分子化合物sr10可以拮抗镉暴露带来的神经细胞毒性，可以作为一种治疗重金属中毒的药物。16、本技术方案还提供了一种小分子化合物在制备的rab7a去琥珀酰化的促进剂中的应用，其结构式为：17、18、进一步，rab7a去琥珀酰化的位点为lys31。19、进一步，所述小分子化合物通过与sirt5的tyr255结合促进rab7a去琥珀酰化。20、rab7a控制着囊泡的形成、运输和融合过程，在自噬体-溶酶体融合和自噬溶酶体成熟的调节中起着至关重要的作用。虽然，rab7a活性也受许多蛋白翻译后修饰的调控，但是，rab7a的去琥珀酰化可对自噬流产生影响是本技术方案的首次发现。本技术方案进而筛选出了rab7a的去琥珀酰化促进剂，该促进剂sr10为一种小分子化合物，作为基础科研工具方便添加和使用。在具体的科研过程中，对实验对象施加sr10，可以促进rab7a的去琥珀酰化进程，进而研究下游作用通路，进一步阐明一系列作用机制。21、综上所述，本技术方案的原理以及有益效果在于：22、本技术方案首先发现了关于拮抗镉神经毒性、调控自噬流、治疗阿尔兹海默症的新的药物设计以及筛选靶点，进而根据药物设计以及筛选靶点进行了小分子化合物药物的筛选，获得了两种具有不同作用模式以及分子结构的小分子化合物。23、(1)药物设计以及筛选靶点的发现24、镉暴露会引起神经毒性，导致神经细胞活力下降、淀粉样蛋白-β前体蛋白(app)的累积以及自噬流阻断。进一步研究显示镉暴露不会干扰neuro-2a细胞的吞噬泡形成或自噬体成熟，而是镉通过阻碍neuro-2a细胞的自噬体与溶酶体融合和损害溶酶体功能而引发自噬流阻断。通过组学研究以及实验验证，探索镉诱导神经毒性的潜在分子机制，发现app的上调与sirt5水平的降低之间存在显著的相关性，表明sirt5可能在app积累中起着至关重要的作用，并且在镉处理的neuro-2a细胞中，sirt5蛋白水平呈剂量依赖性下降。进一步实验研究发现，sirt5在镉诱导的app积累和神经细胞死亡中起重要作用。25、sirtuin 5(sirt5)是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nad+)依赖性蛋白去乙酰化酶sirtuin家族的一员，通过翻译后修饰(ptms)调节蛋白质的理化性质。考虑到sirt5可诱导酰基赖氨酸残基去琥珀酰化、去丙烯酰化或去戊二酰化，进而在镉处理的细胞中评估这些翻译后修饰的水平。镉暴露导致蛋白质的琥珀酰化水平表现出明显的剂量依赖性增加，而丙二酰化和戊二酰化水平等没有显著变化。结合细胞自噬相关通路分析，发现自噬相关通路中的rab7a中存在一个赖氨酸位点lys31(k31)，在镉处理后该位点琥珀酰化显著上调。溶酶体ras相关蛋白7a(rab7a)属于gtpase小家族，其成员被认为主要参与负责调节囊泡膜运输及与溶酶体的融合和调节溶酶体的功能。lys31在从人类到阿米巴虫的rab7a同源物中高度保守，表明它对rab7a的功能至关重要。lys31是rab7a的关键琥珀酰化位点，其琥珀酰化状态可以影响rab7a分子的活性，进而参与镉诱导的自噬流阻断和神经毒性。lys31位点去琥珀酰化的rab7a可以拮抗镉诱导的自噬流阻断和神经毒性。sirt5与rab7a的lys31位点的相互作用并使其去琥珀酰化，并拮抗镉抑制的rab7a活性。在相关药物设计过程中，可以考虑sirt5在lys31位点与rab7a的相互作用，进行调控自噬、app积累相关的疾病、镉暴露引起的神经损伤等的药物设计。26、综上，镉在各种自然和人为过程中(即化石燃料燃烧、采矿、电池和颜料的制造等)作为环境污染物被释放到环境中。镉可以穿过血脑屏障，最终在大脑中积累，引起神经毒性，促进阿尔兹海默病在内的神经性疾病的进展。镉暴露显著抑制sirt5的表达，进而通过损害自噬体-溶酶体的融合和溶酶体功能诱导自噬流损伤，从而导致app的异常积累和神经细胞死亡。定量琥珀酰化组学分析显示，sirt5表达降低导致rab7a lys31(k31)位点琥珀酰化修饰升高，降低rab7a活性，阻碍其对rilp的募集，导致自噬流受阻，最终加重阿尔兹海默症的病理进展和认知能力下降。因此我们考虑是否有某种药物可以针对上述途径拮抗镉诱导的自噬流受损来达到改善阿尔兹海默症进展及镉诱导的神经毒性带来的危害的目的。27、(2)小分子药物的筛选以及确定28、在新药设计过程中，根据sirt5的蛋白质结构预测小分子药物结合口袋，并分析了sirt5和rab7a之间的结合位点、琥珀酰化位点。使用160万个具有结构多样性的化合物，基于sirt5的site1位点(特别是与rab7a的lys31位点相结合的关键位点tyr255)进行药物筛选。最后挑选出结合于site1位点114个化合物，选择其中30个评分靠前的小分子化合物进行后续实验验证。本方案通过对大量化合物进行筛选，仅发现两种小分子化合物(sr10和sr19)具有理想的拮抗镉毒性作用，并显示出对自噬流的调控效果以及对app积累的抑制效果。这两种小分子化合物均可以用于有效抑制镉暴露造成的app上升，进而用于制备治疗阿尔兹海默症的药物。β-淀粉样蛋白(aβ)是阿尔兹海默症的主要病理标志之一，由app水解而来。由于镉暴露导致自噬流阻断，会影响正常生理活动的进行，这两种小分子化合物均还可以用于拮抗镉暴露引起的自噬流损伤。这两种小分子化合物还可以作为拮抗自噬流损伤的试剂(主要是阻碍自噬体与溶酶体融合和损害溶酶体功能)，即一种自噬流阻断拮抗剂，作为基础科研工具用于基础科研研究，进一步研究由于自噬流改变所引起的生理过程变化。这两种小分子化合物还可以作为拮抗镉暴露导致的神经毒性的药物，抵抗由于职业暴露带来的神经损伤。除此之外，这两种小分子化合物还可以作为rab7a去琥珀酰化的促进剂，作为一种基础科研试剂，用于研究rab7a去琥珀酰化相关的生理过程。小分子药物作为基础科研试剂具有较大优势，可以通过直接施加的方式调控基因翻译为蛋白后的修饰水平，进而调控涉及的基因或者蛋白的功能发挥，不用进行复杂的基因敲除、转入外源基因或者其他操作。29、(3)sr10和sr19的作用优势30、sr10和sr19两种小分子化合物各具特点，虽然两者均能于sirt5的tyr255结合，影响sirt5对rab7a的lys31位点的琥珀酰化，但是，两种小分子化合物的分子结构完全不同，不具有分子结构上的相似性。并且，两种小分子化合物作用模式不同，具有各自的优势，但均具有药物开发的潜能。在5-40μm的范围内，sr10作用效果呈浓度依赖性地增加，且施加5-40μm sr10的细胞存活率均优于镉暴露且未给药的空白对照，说明该药物不但具有良好的拮抗镉暴露的能力，而且药物作用效果和给药剂量之间的关系更容易预测和控制。在临床实践上，sr10可能具备更高的安全性，可以在比较大的剂量范围内发挥正向作用。sr19具有比sr10更强的生物学效应，可以在更小的作用浓度下发挥拮抗镉暴露的效果，且sr19在最优作用浓度(10μm)下的效果优于sr10在最优作用浓度(40μm)下的效果。但是，sr19的作用效果的发挥对药物浓度的控制要求比较高，需要控制在5-10μm，否则会对细胞产生额外的毒性作用。应用到临床实践上，该药物可能对剂量控制要求严格，且由于人体个体差异大，对单个个体的给药剂量难以确定。因此，两种小分子化合物各具优势，都具有开发为拮抗镉暴露带来的神经毒性的药物、治疗阿尔兹海默症的药物、拮抗自噬流损伤的试剂、rab7a去琥珀酰化的促进剂等的潜力。