Синтез и мультимодальная активность 3a,6-эпоксиизоиндоло-2(3H)-(карбокс/тио/селен)амидов в моделях реакции гликирования, окислительного стресса и воспаления, ориентация на разработку средств, воздействующих на триггерные механизмы фиброзирования

Цель. В ряду 3a,6-эпоксиизоиндол-2(3H)-(карбокс/тио/селен)амидов выявить мультимодальный скаффолд, пригодный в качестве основы для дальнейшей разработки средств профилактики и терапии фиброзных заболеваний; оценить антигликирующую и антиоксидантную активность ряда соединений, отобрать нецитотоксичное соединение-лидер со сбалансированным сочетанием двух активностей и предварительно проверить его противовоспалительное действие.

Материалы и методы. Целевые 3a,6-эпоксиизоиндол-2(3H)-(карбокс/тио/селен)амиды синтезированы с использованием IMDAF-реакции. Антигликирующую активность оценивали в модели гликирования альбумина глюкозой, регистрируя флуоресценцию конечных продуктов гликирования (КПГ). Антиоксидантные свойства определяли с применением ABTS. Цитотоксическое и противовоспалительное действие изучали на перитонеальных макрофагах белых половозрелых мышей дикого типа (n=4, масса 30–35 г). Цитотоксичность оценивали с использованием МТТ-теста и по высвобождению лактатдегидрогеназы (ЛДГ), противовоспалительный эффект — в модели ЛПС-индуцированной продукции оксида азота (NO).

Результаты. В результате работы показаны перспективные направления модификации эпоксиизоиндольного скаффолда для разработки новых лекарственных препаратов; предложена система поиска средств для профилактики и лечения патологий, зависимых от пусковых механизмов повреждения гликированием и окислительным стрессом, в том числе фиброзных болезней. Идентифицированы активные молекулы (производные гидрированного 3a,6-эпокиизоиндола). Соединение 2.10, а именно 7a-хлор-N-(4-хлорфенил)-1,6,7,7a-тетрагидро3a,6-эпокиизоиндол-2(3H)-карботиоамид, продемонстрировало оптимальное сочетание антигликирующей (в концентрации 100 мкМ ингибирование реакции гликирования на 40,1±1,7%) и антиоксидантной активности (в концентрации 111 мкМ снижение интенсивности окраски ABTS•+ на 57,1±1,1%) при низкой цитотоксичности (проявляется в концентрациях ≥250 мкМ), тогда как 2.16–2.19 (содержат структурный N-ароильный фрагмент) отличались исключительно высокой антиоксидантной активностью (снижение интенсивности окраски ABTS•+ на 95,0–96,5%) без согласования таковой с антигликирующим действием (для лучшего соединения не достигает 15% ингибирования реакции гликирования). Противовоспалительная активность 2.10 в использованной модели выявлена не была.

Заключение. Соединение 2.10 — перспективная основа для дальнейшей оптимизации структуры в направлении создания средств, ориентированных на ранние звенья патогенеза заболеваний, зависимых от механизмов повреждения гликированием и окислительным стрессом, в том числе для профилактики и лечения фиброзного ремоделирования.

1. Basak T., Saraswati S. Editorial: Fibrotic tissue remodeling as a driver of disease pathogenesis // Front Mol Biosci. – 2023. – Vol. 10. – P. 1278388. DOI: 10.3389/fmolb.2023.1278388

2. Younesi F.S., Miller A.E., Barker T.H., Rossi F.M.V., Hinz B. Fibroblast and myofibroblast activation in normal tissue repair and fibrosis // Nat Rev Mol Cell Biol. – 2024. – Vol. 25, No. 8. – P. 617–638. DOI: 10.1038/s41580-024-00716-0. Erratum in: Nat Rev Mol Cell Biol. – 2024. – Vol. 25, No. 8. – P. 671. DOI: 10.1038/s41580-024-00744-w

3. Mack M. Inflammation and fibrosis // Matrix Biol. – 2018. – Vol. 68-69. – P. 106–121. DOI: 10.1016/j.matbio.2017.11.010

4. Hao H., Li X., Li Q., Lin H., Chen Z., Xie J., Xuan W., Liao W., Bin J., Huang X., Kitakaze M., Liao Y. FGF23 promotes myocardial fibrosis in mice through activation of β-catenin // Oncotarget. – 2016. – Vol. 7, No. 40. – P. 64649–64664. DOI: 10.18632/oncotarget.11623

5. Li Y., Zhao J., Yin Y., Li K., Zhang C., Zheng Y. The Role of IL-6 in Fibrotic Diseases: Molecular and Cellular Mechanisms // Int J Biol Sci. – 2022. – Vol. 18, No. 14. – P. 5405–5414. DOI: 10.7150/ijbs.75876

6. O’Reilly S. Interleukin-11 and its eminent role in tissue fibrosis: a possible therapeutic target // Clin Exp Immunol. – 2023. – Vol. 214, No. 2. – P. 154–161. DOI: 10.1093/cei/uxad108

7. Mayorca-Guiliani A.E., Leeming D.J., Henriksen K., Mortensen J.H., Nielsen S.H., Anstee Q.M., Sanyal A.J., Karsdal M.A., Schuppan D. ECM formation and degradation during fibrosis, repair, and regeneration // NPJ Metab Health Dis. – 2025. – Vol. 3, No. 1. – P. 25. DOI: 10.1038/s44324-025-00063-4

8. Roh J.S., Sohn D.H. Damage-Associated Molecular Patterns in Inflammatory Diseases // Immune Netw. – 2018. – Vol. 18, No. 4. – P. e27. DOI: 10.4110/in.2018.18.e27

9. Otoupalova E., Smith S., Cheng G., Thannickal V.J. Oxidative Stress in Pulmonary Fibrosis // Compr Physiol. – 2020. – Vol. 10, No. 2. – P. 509–547. DOI: 10.1002/cphy.c190017

10. Zhao J., Randive R., Stewart J.A. Molecular mechanisms of AGE/RAGE-mediated fibrosis in the diabetic heart // World J Diabetes. – 2014. – Vol. 5, No. 6. – P. 860–867. DOI: 10.4239/wjd.v5.i6.860

11. De Vriese A.S., Flyvbjerg A., Mortier S., Tilton R.G., Lameire N.H. Inhibition of the interaction of AGE-RAGE prevents hyperglycemia-induced fibrosis of the peritoneal membrane // J Am Soc Nephrol. – 2003. – Vol. 14, No. 8. – P. 2109–2118. DOI: 10.1681/ASN.V1482109

12. Li L., Li Q., Wei L., Wang Z., Ma W., Liu F., Shen Y., Zhang S., Zhang X., Li H., Qian Y. Dexamethasone combined with berberine is an effective therapy for bleomycin-induced pulmonary fibrosis in rats // Exp Ther Med. – 2019. – Vol. 18, No. 4. – P. 2385–2392. DOI: 10.3892/etm.2019.7861

13. Gulbrandsen H.S., Serigstad H., Read M.L., Joos I., Gundersen L.L. Formation of 8-Hydroxyphenanthridines by Microwave-Mediated IMDAF Reactions. – Vol. Synthesis Directed towards Lycorine Alkaloids // Eur J Org Chem. – 2019. – Vol. – 2019, No. 35. – P. 6044–6052. DOI: 10.1002/ejoc.201901000

14. Read M.L., Krapp A., Miranda P.O., Gundersen L.L. Synthesis of complex fused polycyclic heterocycles utilizing IMDAF reactions of allylamino- or allyloxy-furyl(hetero)arenes // Tetrahedron. – 2012. – Vol. 68. – p. 1869–1885. DOI: 10.1016/j.tet.2011.12.079

15. Zubkov F.I., Ershova J.D., Zaytsev V.P., Obushak M.D., Matiychuk V.S., Sokolova E.A., Khrustalev V.N., Varlamov A.V. The first example of an intramolecular Diels–Alder furan (IMDAF) reaction of iminium salts and its application in a short and simple synthesis of the isoindolo[1,2-a]isoquinoline core of the jamtine and hirsutine alkaloids // Tetrahedron Lett. – 2010. – Vol. 51. – Р. 6822–6824. DOI: 10.1016/j.tetlet.2010.10.046

16. Zubkov F.I., Ershova J.D., Orlova A.A., Zaytsev V.P., Nikitina E.V., Peregudov A.S., Gurbanov A.V., Borisov R.S., Khrustalev V.N., Maharramov A.M., Varlamov A.V. A new approach to construction of isoindolo[1,2-a]isoquinoline alkaloids Nuevamine, Jamtine, and Hirsutine via IMDAF reaction // Tetrahedron. – 2009. – Vol. 65. – P. 3789–3803. DOI: 10.1016/j.tet.2009.02.024

17. Zubkov F.I., Nikitina E.V., Galeev T.R., Zaytsev V.P., Khrustalev V.N., Novikov R.A., Orlova D.N., Varlamov A.V. General synthetic approach towards annelated 3a,6-epoxyisoindoles by tandem acylation/IMDAF reaction of furylazaheterocycles. Scope and limitations // Tetrahedron. – 2014. – Vol. 70. – P. 1659–1690. DOI: 10.1016/j.tet.2014.01.008

18. Nadirova M.A., Khanova A.V., Zubkov F.I., Mertsalov D.F., Kolesnik I.A., Petkevich S.K., Potkin V.I., Shetnev A.A., Presnukhina S.I., Sinelshchikova A.A., Grigoriev M.S., Zaytsev V.P. Cascade of the Hinsberg/IMDAF reactions in the synthesis of 2-arylsulfonyl-3a,6-epoxyisoindoles and 4a,7-epoxyisoquinolines in water // Tetrahedron. – 2021. – Vol. 85. – P. 132032. DOI: 10.1016/j.tet.2021.132032

19. Zubkov F.I., Mertsalov D.F., Zaytsev V.P., Varlamov A.V., Gurbanov A.V., Dorovatovskii P.V., Timofeeva T.V., Khrustalev V.N., Mahmudov K.T. Halogen bonding in Wagner–Meerwein rearrangement products // J Mol Liq. – 2018. – Vol. 249. – P. 949–952. DOI: 10.1016/j.molliq.2017.11.116

20. Trastulli Colangeli S., Campana F., Ferlin F., Vaccaro L. A waste-minimized protocol for electrochemical reductive amination and its environmental assessment // Green Chem. – 2024. – Vol. 27. – P. 633–641. DOI: 10.1039/d4gc04847d

21. Müller C., Diehl V., Lichtenthaler F.W. Building blocks from sugars. Part 23. Hydrophilic 3-pyridinols from fructose and isomaltulose // Tetrahedron. – 1998. – Vol. 54. – P. 10703–10712. DOI: 10.1016/S0040-4020(98)00634-6

22. Deng J., Mo L.P., Zhao F.Y., Hou L.L., Yang L., Zhang Z.H. Sulfonic acid supported on hydroxyapatite-encapsulated γ- Fe2O3 nanocrystallites as a magnetically separable catalyst for one-pot reductive amination of carbonyl compounds // Green Chem. – 2011. – Vol. 13. – P. 2576–2584. DOI: 10.1039/C1GC15470B

23. Saberi D., Akbari J., Mahdudi S., Heydari A. Reductive amination of aldehydes and ketones catalyzed by deep eutectic solvent using sodium borohydride as a reducing agent // J Mol Liq. – 2014. – Vol. 196. – P. 208–210. DOI: 10.1016/j.molliq.2014.03.024

24. Mertsalov D.F., Shchevnikov D.M., Lovtsevich L.V., Novikov R.A., Khrustalev V.N., Grigoriev M.S., Romanycheva A.A., Shetnev A.A., Bychkova O.P., Trenin A.S., Zaytsev V.P. The short route to chalcogenurea-substituted 3a,6-epoxyisoindoles via an intramolecular Diels–Alder furan (IMDAF) reaction. Antibacterial and antifungal activity // New J Chem. – 2024. – Vol. 48. – P. 12947–12959. DOI: 10.1039/d4nj01174k

25. Mertsalov D.F., Lovtsevich L.V., Shchevnikov D.M., Dobrushina Yu.M., Sorokina E.A., Grigoriev M.S., Zaytsev V.P. An intramolecular Diels–Alder reaction in the synthesis of N-aroyl-3a,6-epoxyisoindole-2-carbothioamides // Chem Heterocycl Compd. – 2024. – Vol. 60. – P. 512–523. DOI: 10.1007/s10593-024-03369-1

26. Whiteman M., Li L., Rose P., Tan C.H., Parkinson D.B., Moore P.K. The effect of hydrogen sulfide donors on lipopolysaccharide-induced formation of inflammatory mediators in macrophages // Antioxid Redox Signal. – 2010. – Vol. 12, No. 10. – P. 1147–1154. DOI: 10.1089/ars.2009.2899

27. Fathy M., Fawzy M.A., Hintzsche H., Nikaido T., Dandekar T., Othman E.M. Eugenol Exerts Apoptotic Effect and Modulates the Sensitivity of HeLa Cells to Cisplatin and Radiation // Molecules. – 2019. – Vol. 24, No. 21. – P. 3979. DOI: 10.3390/molecules24213979

28. El-Demerdash E. Anti-inflammatory and antifibrotic effects of methyl palmitate // Toxicol Appl Pharmacol. – 2011. – Vol. 254, No. 3. – P. 238–244. DOI: 10.1016/j.taap.2011.04.016

29. Plumb J.A., Milroy R., Kaye S.B. Effects of the pH dependence of 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl-tetrazolium bromide-formazan absorption on chemosensitivity determined by a novel tetrazolium-based assay // Cancer Res. – 1989. – Vol. 49, No. 16. – P. 4435–4440.

30. McComb R.B., Bond L.W., Burnett R.W., Keech R.C., Bowers G.N. Jr. Determination of the molar absorptivity of NADH // Clin Chem. – 1976. – Vol. 22, No. 2. – P. 141–150.

31. Freyer D., Harms C. Kinetic Lactate Dehydrogenase Assay for Detection of Cell Damage in Primary Neuronal Cell Cultures // Bio Protoc. – 2017. – Vol. 7, No. 11. – P. e2308. DOI: 10.21769/BioProtoc.2308

32. Potter T.M., Cedrone E., Neun B.W., Dobrovolskaia M.A. Detection of Nitric Oxide Production by the Macrophage Cell Line RAW264.7: Version 2. 2020. In: National Cancer Institute’s Nanotechnology Characterization Laboratory Assay Cascade Protocols [Internet]. Bethesda (MD): National Cancer Institute (US). – 2005. NCL Method ITA-7.

33. Cho S.J., Roman G., Yeboah F., Konishi Y. The road to advanced glycation end products: a mechanistic perspective // Curr Med Chem. – 2007. – Vol. 14, No. 15. – P. 1653–1671. DOI: 10.2174/092986707780830989

34. Yeh W.J., Hsia S.M., Lee W.H., Wu C.H. Polyphenols with antiglycation activity and mechanisms of action: A review of recent findings // J Food Drug Anal. – 2017. – Vol. 25, No. 1. – P. 84–92. DOI: 10.1016/j.jfda.2016.10.017

35. Spasov A.A., Brel A.K., Litvinov R.A., Lisina S.V., Kucheryavenko A.F., Budaeva Yu.N., Salaznikova OA., Rashchenko A.I., Shamshina D.D., Batrakov V.V., Ivanov A.V. Evaluation of N-Hydroxy-, N-Metoxy-, and N-Acetoxybenzoyl-Substituted Derivatives of Thymine and Uracil as New Substances for Prevention and Treatment of Long-Term Complications of Diabetes Mellitus // Russ J Bioorg Chem. – 2018. – Vol. 44, No. 6. – P. 769–777. DOI: 10.1134/S1068162019010163

36. Wynn T.A., Ramalingam T.R. Mechanisms of fibrosis: therapeutic translation for fibrotic disease // Nat Med. – 2012. – Vol. 18, No. 7. – P. 1028–1040. DOI: 10.1038/nm.2807

37. Fournet M., Bonté F., Desmoulière A. Glycation Damage: A Possible Hub for Major Pathophysiological Disorders and Aging // Aging Dis. – 2018. – Vol. 9, No. 5. – P. 880–900. DOI: 10.14336/AD.2017.1121

38. Vona R., Pallotta L., Cappelletti M., Severi C., Matarrese P. The Impact of Oxidative Stress in Human Pathology: Focus on Gastrointestinal Disorders // Antioxidants (Basel). – 2021. – Vol. 10, No. 2. – P. 201. DOI: 10.3390/antiox10020201

39. Makena P., Kikalova T., Prasad G.L., Baxter S.A. Oxidative Stress and Lung Fibrosis: Towards an Adverse Outcome Pathway // Int J Mol Sci. – 2023. – Vol. 24, No. 15. – P. 12490. DOI: 10.3390/ijms241512490

40. Shroff A., Mamalis A., Jagdeo J. Oxidative Stress and Skin Fibrosis // Curr Pathobiol Rep. – 2014. – Vol. 2, No. 4. – P. 257–267. DOI: 10.1007/s40139-014-0062-y

41. Verzijl N., DeGroot J., Ben Z.C., Brau-Benjamin O., Maroudas A., Bank R.A., Mizrahi J., Schalkwijk C.G., Thorpe S.R., Baynes J.W., Bijlsma J.W., Lafeber F.P., TeKoppele J.M. Crosslinking by advanced glycation end products increases the stiffness of the collagen network in human articular cartilage: a possible mechanism through which age is a risk factor for osteoarthritis // Arthritis Rheum. – 2002. – Vol. 46, No. 1. – P. 114–123. DOI: 10.1002/1529-0131(200201)46:1<114::AID-ART10025>3.0.CO;2-P

42. Lloyd S.M., He Y. Exploring Extracellular Matrix Crosslinking as a Therapeutic Approach to Fibrosis // Cells. – 2024. – Vol. 13, No. 5. – P. 438. DOI: 10.3390/cells13050438

43. Lyu C., Kong W., Liu Z., Wang S., Zhao P., Liang K., Niu Y., Yang W., Xiang C., Hu X., Li X., Du Y. Advanced glycation end-products as mediators of the aberrant crosslinking of extracellular matrix in scarred liver tissue // Nat Biomed Eng. – 2023. – Vol. 7, No. 11. – P. 1437–1454. DOI: 10.1038/s41551-023-01019-z

44. Wang K., Wen D., Xu X., Zhao R., Jiang F., Yuan S., Zhang Y., Gao Y., Li Q. Extracellular matrix stiffness-The central cue for skin fibrosis // Front Mol Biosci. – 2023. – Vol. 10. – P. 1132353. DOI: 10.3389/fmolb.2023.1132353

45. Liu R.M., Desai L.P. Reciprocal regulation of TGF-β and reactive oxygen species: A perverse cycle for fibrosis // Redox Biol. – 2015. – Vol. 6. – P. 565–577. DOI: 10.1016/j.redox.2015.09.009

46. Dong H., Zhang Y., Huang Y., Deng H. Pathophysiology of RAGE in inflammatory diseases // Front Immunol. – 2022. – Vol. 13. – P. 931473. DOI: 10.3389/fimmu.2022.931473

47. Richter K., Kietzmann T. Reactive oxygen species and fibrosis: further evidence of a significant liaison // Cell Tissue Res. – 2016. – Vol. 365, No. 3. – P. 591–605. DOI: 10.1007/s00441-016-2445-3

48. Peng X., Ma J., Chen F., Wang M. Naturally occurring inhibitors against the formation of advanced glycation end-products // Food Funct. – 2011. – Vol. 2, No. 6. – P. 289–301. DOI: 10.1039/c1fo10034c

49. Augustyniak A., Bartosz G., Cipak A., Duburs G., Horáková L., Luczaj W., Majekova M., Odysseos A.D., Rackova L., Skrzydlewska E., Stefek M., Strosová M., Tirzitis G., Venskutonis P.R., Viskupicova J., Vraka P.S., Zarković N. Natural and synthetic antioxidants: an updated overview // Free Radic Res. – 2010. – Vol. 44, No. 10. – P. 1216–1262. DOI: 10.3109/10715762.2010.508495

50. Reddy V.P., Garrett M.R., Perry G., Smith M.A. Carnosine: a versatile antioxidant and antiglycating agent // Sci Aging Knowledge Environ. – 2005. – Vol. 2005, No. 18. – P. pe12. DOI: 10.1126/sageke.2005.18.pe12

51. Kosmachevskaya O.V., Nasybullina E.I., Pugachenko I.S., Novikova N.N., Topunov A.F. Antiglycation and Antioxidant Effect of Nitroxyl towards Hemoglobin //Antioxidants (Basel). – 2022. – Vol. 11, No. 10. – P. 2007. DOI: 10.3390/antiox11102007

52. Liu H., Huo X., Wang S., Yin Z. The inhibitory effects of natural antioxidants on protein glycation as well as aggregation induced by methylglyoxal and underlying mechanisms // Colloids Surf B Biointerfaces. – 2022. – Vol. 212. – P. 112360. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2022.112360

53. Intagliata S., Spadaro A., Lorenti M., Panico A., Siciliano E.A., Barbagallo S., Macaluso B., Kamble S.H., Modica M.N., Montenegro L. In Vitro Antioxidant and Anti-Glycation Activity of Resveratrol and Its Novel Triester with Trolox //Antioxidants (Basel). – 2020. – Vol. 10, No. 1. – P. 12. DOI: 10.3390/antiox10010012

54. Caruso G., Di Pietro L., Cardaci V., Maugeri S., Caraci F. The therapeutic potential of carnosine: Focus on cellular and molecular mechanisms // Curr Res Pharmacol Drug Discov. – 2023. – Vol. 4. – P. 100153. DOI: 10.1016/j.crphar.2023.100153

55. Sirangelo I., Borriello M., Liccardo M., Scafuro M., Russo P., Iannuzzi C. Hydroxytyrosol Selectively Affects Non-Enzymatic Glycation in Human Insulin and Protects by AGEs Cytotoxicity // Antioxidants (Basel). – 2021. – Vol. 10, No. 7. – P. 1127. DOI: 10.3390/antiox10071127

56. Ibragimova U.M., Valuisky N.V., Sorokina S.A., Zhukova X.I., Raiberg V.R., Litvinov R.A. Antiglycation Activity of Isoindole Derivatives and Its Prediction Using Frontier Molecular Orbital Energies. Mol Biol (Mosk). – 2024. – Vol. 58, No. 6. – P. 1052–1060. DOI: 10.1134/S0026893324700638

57. Speck K., Magauer T. The chemistry of isoindole natural products // Beilstein J Org Chem. – 2013. – Vol. 9. – P. 2048–2078. DOI: 10.3762/bjoc.9.243