电化学合成螺氧化吲哚-吡喃并吡唑及螺氧化吲哚-色烯衍生物作为乙酰胆碱酯酶抑制剂的创新研究

　　本研究针对阿尔茨海默病治疗药物研发需求，开发了一种高效、绿色的电化学合成方法，成功制备了螺氧化吲哚-吡喃并吡唑和螺氧化吲哚-色烯衍生物。研究发现化合物4e和6b对乙酰胆碱酯酶(AChE)表现出强效抑制活性(IC50分别为0.51和0.84 mM)，具有低细胞毒性和良好药代动力学特性。该研究为开发新型AChE抑制剂提供了创新策略和先导化合物。

　　

在神经退行性疾病治疗领域，乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制剂始终扮演着重要角色。阿尔茨海默病(Alzheimer's disease)作为最常见的神经退行性疾病，其治疗很大程度上依赖于AChE抑制剂，如多奈哌齐(donepezil)等药物。这些药物通过抑制AChE的活性，减少乙酰胆碱的分解，从而增加突触间隙中乙酰胆碱的浓度，改善胆碱能神经传递，缓解认知功能障碍。然而，现有药物存在效果有限、副作用较多等问题，开发新型高效低毒的AChE抑制剂成为当前研究的热点。

螺氧化吲哚(spirooxindole)结构因其独特的刚性螺环体系和良好的生物活性，在药物化学中备受关注。研究表明，含有螺氧化吲哚结构的化合物能够有效地与AChE的活性位点结合，特别是其吲哚部分能够很好地占据AChE的周边阴离子位点(PAS)，而其他杂环部分则能够与催化活性位点(CAS)相互作用。这种双重作用机制使得螺氧化吲哚类化合物成为开发AChE抑制剂的理想骨架。

传统的有机合成方法往往需要高温、强酸强碱条件，或者使用昂贵的催化剂，不仅操作复杂，而且对环境不友好。电化学合成作为一种绿色合成方法，近年来受到广泛关注。它使用电子作为清洁的氧化还原试剂，反应条件温和，选择性好，且无需使用危险的化学氧化剂或还原剂，符合绿色化学的原则。

在这项发表于《BMC Chemistry》的研究中，研究人员开发了一种高效、可靠且成本低廉的电化学合成方法，用于制备螺氧化吲哚-吡喃并吡唑和螺氧化吲哚-色烯衍生物，并评估了这些化合物作为AChE抑制剂的活性。

研究采用了电化学多组分反应策略，使用LiClO₄作为电解质，铜/石墨作为电极，在乙醇溶剂中70°C条件下反应45分钟，高效合成了目标化合物。通过红外光谱(IR)、核磁共振谱(NMR)等技术对化合物结构进行了确证。采用Ellman法测定了化合物对AChE的抑制活性，并通过动力学研究和分子对接分析了抑制机制。使用MTT法评估了化合物的细胞毒性，并通过SwissADME在线平台预测了化合物的药代动力学性质。

结果

电化学合成螺氧化吲哚衍生物

研究人员通过系统优化反应条件，建立了最佳的电化学合成方法。使用LiClO₄作为电解质，铜/石墨作为电极，在乙醇中70°C反应45分钟，能够以70-95%的产率获得目标化合物。该方法与传统方法相比，反应时间更短(26-80分钟)，且使用非牺牲性电极，更加经济环保。

乙酰胆碱酯酶抑制活性

测试结果显示，化合物4e和6b对AChE表现出最强的抑制活性，IC₅₀值分别为0.51 mM和0.84 mM。构效关系分析表明，酯基的存在比氰基更有利于活性，而吡唑环上苯基的存在会降低抑制活性。色烯系列化合物的活性普遍优于吡喃并吡唑系列，使用环己二酮比使用二甲酮得到的化合物活性更好。

抑制机制研究

动力学研究表明，化合物4e和6b对AChE的抑制属于竞争性抑制类型。Lineweaver-Burk双倒数图显示，抑制剂几乎在y轴相交，斜率增加，表明这两种化合物主要通过竞争性机制抑制AChE活性。

细胞毒性评估

细胞毒性实验显示，化合物4e和6b对绿猴肾(vero)细胞系没有显著细胞毒性，IC₅₀值均大于100μM。在最高测试浓度(100μM)下，4e和6b的细胞存活率分别为85.01±1.34%和92.75±1.01%。显微镜观察也证实，处理后的细胞保持了正常的形态，没有明显的细胞异常。

药代动力学性质预测

计算机模拟预测显示，化合物4e和6b具有较高的胃肠道吸收率，但不能透过血脑屏障(BBB)，这降低了潜在的中枢神经系统副作用风险。两种化合物都满足Lipinski、Ghose、Veber、Egan和Muegge等药物类似性规则，生物利用度评分为0.56。

分子对接研究

分子对接结果显示，化合物4e与AChE的结合能为-8.63 kcal/mol，形成了三个氢键(与Ser125、Tyr124和Tyr341)和七个强疏水相互作用。化合物6b的结合能为-7.25 kcal/mol，形成了两个氢键(与Gly122和His447)和四个疏水相互作用。对接结果与动力学研究一致，表明这两种化合物主要通过竞争性机制抑制AChE，主要靶向CAS位点。

结论与讨论

本研究成功开发了一种绿色高效的电化学合成方法，用于制备螺氧化吲哚-吡喃并吡唑和螺氧化吲哚-色烯衍生物。研究发现化合物4e和6b对AChE具有强效抑制活性，且细胞毒性低，药代动力学性质良好。这些化合物通过竞争性机制抑制AChE，主要与催化活性位点(CAS)结合。

该研究的重要意义在于：首先，开发的环境友好型电化学合成方法为螺氧化吲哚类化合物的制备提供了新策略；其次，发现的先导化合物4e和6b为开发新型AChE抑制剂提供了重要基础；最后，详细的机制研究为理解这类化合物的作用方式提供了深入见解。

这些发现不仅对阿尔茨海默病的治疗药物开发具有重要价值，也为其他神经退行性疾病的治疗研究提供了新思路。特别是化合物不能透过血脑屏障的特性，可能减少中枢神经系统副作用，提高治疗安全性。未来研究可以在此基础上进行结构优化，进一步提高活性和选择性，推动这类化合物向临床应用发展。