Inibitori Dual di BACE1/Acetilcolinesterasi (AchE).

L'enzima acetilcolinesterasi (AChE) è stato il primo target, nell’ambito dell'ipotesi colinergica, ad essere ampiamente studiato nella ricerca di nuovi farmaci per l'AD. I composti anti-AChE sono ancora gli unici farmaci approvati per il trattamento dell'AD. Nonostante la loro limitata efficacia, possono alleviare i sintomi nella fase sintomatica precoce della malattia. Da un punto di vista della scoperta di farmaci multitarget, era piuttosto ovvio che le funzioni farmacoforiche responsabili dell'inibizione dell'AChE potessero essere combinate con gruppi funzionali in grado di interagire con BACE-1. Nel 2008, Piazzi e colleghi. hanno descritto una nuova serie di derivati cumarinici quali inibitori BACE-1/AchE potenti e bilanciati. Questi composti sono stati ottenuti da AP2238 (77, Figura 34), uno dei primi inibitori di AChE che è stato progettato razionalmente per legare i siti anionici, sia interni che periferici, di AchE. [90] Questa caratteristica peculiare ha permesso a 77, di interferire anche con l'aggregazione di Aβ indotta da AChE, rendendolo un MTDL con un meccanismo d'azione piuttosto unico. A partire dal farmacoforo 77, Piazzi e colleghi hanno sostituito uno dei suoi due gruppi metossi con un gruppo alo fenil alchilamidico, ottenendo composti piuttosto grandi dotati di un duplice meccanismo d'azione. In effetti, la potenza contro AChE era abbastanza ben conservata mentre guadagnava attività verso BACE-1. In particolare, gli inibitori BACE-1/AChE 78 (Figura 34) ha mostrato un profilo biologico abbastanza bilanciato verso i due bersagli, con un IC₅₀ di circa 181 nM contro AChE e 150 nM verso BACE-1.

Nel 2014, cercando di identificare una nuova classe di inibitori duali di BACE-1/AChE, lo stesso gruppo ha setacciato una collezione di loro derivati del benzofenone, con promettenti profili inibitori di AChE, per l’attività verso BACE-1. La maggior parte di questi composti erano inattivi. Tuttavia, una coppia ha mostrato un'attività nell’ordine del

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micromolare verso BACE-1 ma con una potenza notevolmente ridotta verso AChE. Questo esempio dimostra che la scoperta e, cosa più importante, l'ottimizzazione dei MTDL sono probabilmente tra le maggiori sfide nella scoperta di farmaci multitarget. In effetti, l'ottimizzazione degli hit per un target spesso riduce significativamente la potenza verso l'altro (i). Questo rende l'ottimizzazione dell'MTDL un processo piuttosto complicato e spesso frustrante. Allo stesso modo, nel 2015, Rampa e collaboratori hanno riportato una serie di composti con struttura dell'indanone, dove le modifiche strutturali sullo scaffold comune potevano convertire l’inibizione da BACE-1 a AChE e viceversa. Ciò dimostra ulteriormente la complessità dell'ottimizzazione dei composti a doppio bersaglio rispetto a bersagli biologici così divergenti. [91]

Seguendo l'approccio ibrido, Zha e colleghi hanno molto recentemente progettato, sintetizzato e valutato biologicamente più di 20 composti tacrina-benzofuranici quali inibitori duali. Di questi, 79 (Figura 34) ha mostrato una potenza nell’ordine del subnanomolare verso l'AChE e un'inibizione nell’ordine del micromolare per BACE-1, evidenziando ulteriormente la complessità del bilanciamento dei profili biologici degli inibitori multitarget.

Nello stesso anno, Costanzo e collaboratori ha pubblicato uno studio promettente che coinvolge una serie di derivati di donepezil quali inibitori duali AChE/BACE-1. Oltre a riportare un protocollo multistep sostenibile per sintetizzare una serie di derivati del donepezil, gli autori hanno saggiato le nuove molecole per valutarne la selettività verso AChE (rispetto a BuChE). Data la bassa attività di donepezil verso BACE-1, queste molecole sono state saggiate anche per l'inibizione di BACE-1. Il composto 80 (Figura 34) era leggermente meno potente del composto lead verso AChE (Ki = 29 nM versus 10 nM di donepezil), con un promettente profilo di inibizione nei confronti di BACE-1 (meno del 20% dell'attività enzimatica residua a 1 μM di concentrazione ). Questo composto potrebbe

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effettivamente essere un candidato promettente per lo sviluppo di inibitori multitarget di AChE/BACE-1 per il trattamento di AD. [92]

Nel 2009, Zhu e collaboratori hanno usato una strategia leggermente diversa per progettare razionalmente una serie di inibitori BACE-1/AChE. In particolare, hanno combinato razionalmente i requisiti strutturali responsabili dell'inibizione di AChE con quelli in grado di modulare BACE-1. Ciò ha portato a tre serie di derivati con un meccanismo d'azione a doppio target. Sulla base dei dati riportati in letteratura, è interessante notare che la maggior parte dei composti mostrava un'attività a target singolo e che lievi modifiche chimiche permettevano loro di invertire l’azione da inibitori AChE puri a inibitori puri di BACE-1, con pochi veri composti duali. La messa a punto delle attività a singolo target e duale può approfondire la comprensione delle SAR per ciascuna classe di composti. Ciò dovrebbe consentire una progettazione più razionale e accurata degli inibitori duali BACE- 1/AChE di prossima generazione.

Come ultimi esempi di inibitori BACE-1/AChE duali, possono essere citati due studi in cui gli autori hanno ottenuto composti con un meccanismo d'azione piuttosto complesso. Queste molecole modulavano BACE-1, AChE e target aggiuntivi. Nel 2009, Camps e collaboratori hanno progettato e scoperto una serie di ibridi chinolina-clorotacrina con un profilo biologico piuttosto complesso. Queste molecole hanno inibito l'AChE legandosi ai siti anionici interni e periferici dell'enzima. Come tali, questi composti ibridi hanno anche neutralizzato l'aggregazione Aβ indotta da AChE. Sorprendentemente, hanno anche inibito BACE-1. In particolare, il composto 81 (Figura 34) aveva attività a circa 14 nM verso AChE e bloccava anche quasi l'80% dell'attività di BACE-1 a una concentrazione di 2,5 μM, indicando un IC₅₀ nell'intervallo submicromolare.

Inoltre, il composto 81 inibiva sia l'aggregazione di Aβ indotta da AChE che quella spontanea nell'intervallo dell’alto micromolare. Complessivamente, il suo complicato

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profilo biologico ha suggerito che il composto 48 potrebbe essere un promettente MTDL, agendo su diversi punti chiave nelle cascate neuro-degenerative complementari dell'AD. Inoltre, questo composto ha superato la BBB, nonostante le sue grandi dimensioni e il suo PM piuttosto elevato.

Nel 2011, Huang e collaboratori hanno progettato e scoperto una serie di derivati della chinossalina, che mostravano anche un profilo biologico multitarget complesso. [93]

Questi composti hanno mostrato di inibire BACE-1 e/o AChE. Alcuni erano anche antagonisti del recettore H3 dell'istamina. L'ipotesi colinergica fornisce la base per questa attività biologica aggiuntiva. Il blocco di questo recettore presinaptico può aumentare i livelli di ACh nella fessura sinaptica attraverso un meccanismo diverso rispetto alla classica inibizione dell'AChE. Il recettore H3 dell'istamina presinaptica attivata diminuisce il rilascio di ACh dai neuroni colinergici. Gli antagonisti di questo recettore possono quindi aumentare i livelli di ACh, producendo probabilmente un effetto sinergico nel trattamento dell'AD. Dei 17 analoghi della serie della chinossalina, la maggior parte mostrava attività verso uno o due target. Solo un composto (82, Figura 34) ha modulato (cioè, inibito e antagonizzato) tutti e tre i target selezionati. Allo stesso modo, Viayna e collaboratori hanno recentemente descritto una nuova serie di ibridi di reina-uprina con un profilo farmacologico piuttosto complesso, essendo due inibitori AChE/BACE-1 e composti antiaggreganti duali di Ap42 e tau. [94]

Ciò evidenzia ulteriormente la complessità della scoperta, dell'ottimizzazione e dello sviluppo di MTDL. Pragmaticamente parlando, prevediamo che un programma MTDL ben progettato per la scoperta di farmaci coinvolgerà la selezione razionale e accurata di due

target, la cui modulazione fornisce un vero effetto sinergico contro una data malattia.

Questo effetto può essere dimostrato farmacologicamente in una fase iniziale utilizzando ligandi selettivi dei due target selezionati. Quindi, la fase di progettazione chimica

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dovrebbe essere condotta con molta attenzione per consentire modifiche sullo scaffold identificato che non siano peggiorativi per entrambi i target. Gli approcci SB potrebbero essere molto utili in questi primi approcci. Una chiara comprensione delle SAR potrebbe aiutare a selezionare razionalmente le modifiche per ottenere bilanciati candidati lead MTDL. Ci dovrebbe essere spazio sufficiente (in termini di trattabilità chimica, dimensioni e PM) per l'ottimizzazione del lead in modo che i profili farmacocinetici e tossicologici possano essere attentamente considerati e le modifiche chimiche apportate per migliorare il profilo dei nuovi composti senza perdere l'affinità per entrambi i target. La scoperta di farmaci con approccio FB in questo caso sarebbe particolarmente appropriata. Questo perché i frammenti possono intrinsecamente essere dotati di un meccanismo di azione polifarmacologico e perché c'è più spazio per le modifiche chimiche sui frammenti che sui composti leadlike più grandi.

Un commento è qui richiesto sulla possibile utilità clinica degli inibitori di AChE/BACE-1 nell’AD. In realtà, la mancanza di efficacia del composto 34 nell'AD lieve-moderato suggerisce che l'inibizione di BACE-1 avviene troppo tardi affinchè risulti efficace. Al contrario, questa coorte di pazienti potrebbe essere sintomaticamente trattata con inibitori di AChE, nonostante la ben nota moderata efficacia di questi inibitori nella pratica clinica. In effetti, i due target possono giocare un ruolo in due fasi ben distinte della progressione della malattia. Potremmo quindi trovarci di fronte a uno scenario in cui un inibitore duale AChE/BACE-1 potrebbe portare ad un'attività anticholinesterasica piuttosto superflua nei pazienti prodromici con AD e ad un'inibizione clinicamente inutile di BACE-1 nei pazienti con AD lieve-moderata. I due farmaci potrebbero essere invece utilizzati separatamente in diverse fasi della malattia, con chiari meccanismi di azione differenti che affrontano diversi percorsi patologici nella progressione dell'AD.

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il ruolo di diversi pathway e meccanismi molecolari nella progressione della malattia e nei trattamenti terapeutici.

Figura 34. Sito di legame doppio AchE inibitore 77 e doppio inibitore BACE-1 / AchE 78- 82

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