1

บทท 1

กลตาเมท (Glutamate)

กลตาเมท (Glutamate) เปนกรดอะมโนชนดหนงทเกยวของกบการสรางโปรตนในรางกาย นอกจากนยงเปน

สารสอประสาทหลกตวส าคญทเกยวของกบการกระตนระบบประสาท (Excitatory neurotransmitter)

Glutamate-Glutamine Cycle

กลตาเมทสงเคราะหมาจากกลตามนโดยเอนไซม Glutaminase บรเวณ presynaptic terminal และน าไปเกบ

ไวในถง (vesicle) โดยอาศย Vesicular glutamate transporter (VGLUT) ซงเมอมการกระตนกระแสประสาทสงมา

จะท าใหเกดการหลงของ กลตาเมท โดยถง vesicle ทบรเวณปลายประสา ทจะหลง glutamate มาทบรเวณรอยตอ

ระหวางประสาท (Synaptic cleft) หลงจากนน กลตาเมทจงไปจบท ตวรบกลตาเมท ( Glutamate receptor )

กอใหเกดการกระตนกระแสประสาท สงผลใหเกดการเปดของชองไอออน ( ion channel ) และมการน าเขาของ

ไอออนประจบวก เชน Na+ และ Ca2+ ท าใหเกดการเปลยนแปลงความตางศกดไฟฟาภายในเซลล เมอ ภายในเซลลม

ความตางศก ยทมากพอจะสงผลใหเกด Action potential สงกระแสประสาทตอไป ส าหรบกลตาเมทบางสวน

สามารถถกก าจดไดโดยการน ากลบท presynaptic neuron หรอ ผานทาง glial cell โดย Excitatory amino acid

transporter (EAAT) transporter ซงเปน transporter ทตองใชพลงงาน ATP ทไดมาจาก Mitochondria ในการน าก

ลตาเมทกลบมาใชใหม และ ทบรเวณ glial cell กลตาเมทจะถกเปลยนกลบเปนกลตามนโดยเอนไซม glutamine

synthetase ดงแสดงใน รปท 2

รปท 1. Glutamic acid

2

ตวรบกลตาเมท (Glutamate receptor)

ตวรบกลตาเมท (Glutamate receptors; GluRs) สามารถแบงไดเปน 2 ชนด คอ

1. Ionotropic glutamate receptor (iGluR) เปนตวรบชนด ligand gated ion channel

2. Metabotropic glutamate receptor receptor (mGluR) เปนตวรบชนด G-protein receptor

1. Ionotropic glutamate receptor:

สามารถแบงไดเปน 3 ชนดยอย ตามความไวในการจบของสาร และความจ าเพาะของสาร1 (รปท 3) คอ

1. NMDA หรอ N-methyl-D-aspartic acid receptor

เปนตวรบทอนญาตใหมการเขาของ Ca2+ สามารถแบงยอยไดเปน NR1, NR2, NR3 subunit

2. AMPA หรอ α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptor

เปนตวรบทอนญาตใหมการเขาของ Ca2+และ Na+ ซงประกอบดวย 4 subunits คอ GluR1-4

3. KA หรอ Kainic acid receptor

เปนตวรบทอนญาตใหมการเขาของ Na+ ประกอบดวย GluR5-7, KA1-2 subunits

รปท 2. Glutamate-Glutamine

Cycle

3

โดย AMPA และ KA receptor นนคอนขางมความคลายคลงกนมาก บางครงจงเรยกรวมกนวา Non-

NMDA receptor

2. Metabotropic glutamate receptor

เปนตวรบชนด G-protein receptor โดยเมอกลตาเมทมาจบ จะสามารถกระตนเหนยวน า G-protein มาเกาะ

และเกดการกระตนภายในเซลลประสาทตอไป mGluRs ประกอบดวย 8 subunit2 คอ mGluR1-8 ซงสามารถ

แบงยอยไดเปน 3 กลมตามความเหมอนของล าดบกรดอะมโน ฤทธทางเภสชวทยา และกลไกการสงสญญาณ คอ

group l (mGluR1&5), group ll (mGluR2&3) และ Group lll (mGluR4&6-8) ดงแสดงใน รปท 4

รปท 3. iGluRs diagram

รปท 4. โครงสรางของสาร Glutamic acid, AMPA, KA

และ NMDA

รปท 5. mGluRs diagram

4

บทท 2

โรคลมชก

อาการชก คอ ภาวะทประแสไฟฟาบรเวณผวสมองเกดความผดปกตกอใหเกดการเปลยนแปลงในการ

แสดงออกของผปวย ภาวะขางตนเกดไดจากหลายสาเหต เชน ภาวะขาดน าตาล เปนลม ไขสง เปน ตน อาการแสดง

อาจจะเกดขนแบบทนททนใดเปนระยะเวลาสนๆ และอาจเกยวของกบการเคลอนไหวในลกษณะการชก การรบร

หรอเกยวกบจตใจ3,4

โรคลมชก คอ โรคทมอาการชกซ าๆ ตงแต 2 ครงขนไป

ประชากรทงโลกราว1% (ประมาณ 50 ลานคน) พบวาปวยเปนโรคลมชก ซงเปนโรคทางระบบประสาทท

จดเปนปญหาส าคญหนงของโลกและระบบสาธารณสขไทย1 ซงสาเหตของโรคมกสมพนธกบการปลอยสญญาณ

สมองทมากและผดปกต ซงสามารถสงเกตไดจากภาพคลนไฟฟาสมอง (electroencephalogram, EEG)

อาการชก สามารถจ าแนกตาม ILAE (International league against epilepsy classification) ป 1981 ไดเปน5

Partial seizures

Generalized seizures

Unclassified seizures

โรคลมชก สามารถจ าแนกตาม International Classification of Epilepsies, Epileptic Syndromes and Related

Seizures Disorder ป 1989 ไดเปน

Localization-related (focal, local, partial) epilepsies

Generalized epilepsies

Undetermined epilepsies

Special syndromes

5

อาการชก

1. Partial seizure: เปนการชกเฉพาะท สามารถแบงยอยไดเปน Simple partial seizure หรอ Jacksonian

epilepsy ซงเปนการจบของโรคลมชกทมกไมท าใหเกดการสญเสยสตสมปชญญะหรอหมดความรสกตว

และ Complex partial seizure หรอ psychomotor epilepsy เปนประเภททรบกวนสตสมปชญญะ

2. Generalized seizures: เปนการ ชกทมการกระจายไปทงสองซกของสมอง ซงมผลตอการสญเสย

สตสมปชญญะในชวงของการเกดการจบของโรคลมชกได สามารถแบงไดหลายชนด ไดแก

1. Absence seizure

2. Generalized tonic-clonic seizure

3. Generalize tonic seizure

4. Generalize clonic seizure

5. Atonic seizure

6. Myoclonic seizure

โรคลมชก

1. Localization-related (focal, local, partial) epilepsies and syndromes เปนโรคลมชกทเกดความ

ผดปกตของคลนไฟฟาสมองเฉพาะสวน สามารถแบงยอยไดเปน idiopathic, symptomatic และ

cryptogenic

2. Generalized epilepsies เปนโรคลมชกทมอาการชกแบบ generalized seizure โดยจดก าเนดของโรค

ลมชกเกดขนทวทงสมองพรอมกน

3. Undetermined epilepsies เปนโรคลมชกทไมสามารถจ าแนกไดแนชดวาเปนประเภทตามขอ 1 หรอ 2

เนองจากอาจมอาการทงสองแบบในคนเดยวกน

4. Special syndromes เปนโรคลมชกกลมอนๆ เชน ชกเมอมไขสง เปนตน

6

สาเหตของโรคลมชก

จากการศกษาพบวา สวนใหญไมสามารถหาสาเหตของโรคลมชกได โดยมประมาณ 23-39% เทานนททราบ

สาเหต โดยสาเหตสวนใหญในเดกคอการบาดเจบของระบบประสาทจากการเกด ในขณะทวยรนและผใหญ สาเหต

สวนใหญมาจากอบตเหตตอศรษะ และสาเหตเกยวกบโรคหลอดเลอดในสมองจะพบมากในวยชรา3 (รปท 6,7)

รปท 6 แผนภาพสาเหตของโรคลมชก

รปท 7 แผนภาพชนดของโรคลมชก

65%3%4%4%

6%

8%

10%

อตราการเกดโรคลมชกตามสาเหต

idiopathic

infection

degeneration

neoplastic

trauma

congenital

vascular

14%

36%

8%3%

6%

23%

3%7%

อตราการเกดโรคลมชกตามชนดของอาการชก

Simple partial

Complex partial

Other Gen.

Myoclonic

Absence

GTC

Unclassified

Partails Unknown

7

ยากนชก

ยากนชกในปจจบนมอยมากมาย โดยกลไกสวนใหญจะออกฤทธผานกลไก การตานท Voltage-dependent

Sodium Channel และเสรมการออกฤทธท GABA-receptor ส าหรบยาทมกลไกผาน Glutamate receptor ทใชในการ

ตานการชกนนยงมไมมาก โดยยาทผานกลไก AMPA receptor antagonist ในปจจบนคอ Topiramate6 (ตารางท 1)

ตารางท 1 ตวอยางยากนชกในปจจบนและกลไกการออกฤทธ

Antiepileptic drugs

Blockage of Na+channels

Enhancement of GABA-

mediated excitation

Blockage of Ca2+channels

NMDA antagonist

AMPA antagonist

Phenytoin

+

Carbamazepine

+

Phenobarbital

+ +

Valproate

+ + +

8

Benzodiazepines

+ +

Ethosuximide

+

Diazepam

+

Gabapentin

+ + +

Felbamate

+ + + +

Lamotrigine

+

9

Topiramate

+ + +

Tiagabine

+

Vigabatrin

+

10

บทท 3

กลตาเมทกบการเกดโรค

ในสภาวะปกตเมอมการกระตนกระแสประสาทสงมา ท าใหมการหลงของกลตาเมทและกอใหเกดการ

กระตนกระแสประสาทตอไป ซงกลไกดงกลาวจะมความส าคญเกยวกบเรองของความจ าและการเรยนรของมนษย

อยางไรกตามหากมการกระตนกลตาเมททมากเกนไป จะกอใหเกดอนตราย และความสญเสยตอเซลลประสาท

บรเวณนนได ซงเรยกวา ภาวะ excitotoxicity โดยเมอมการจบทตวรบกลตาเมทจะกอใหเกดการผานเขาของไอออน

ประจบวก โดยเฉพาะ Ca2+ ซงสามารถไปกระตน เอนไซม ตางๆ เชน เอนไซมทเกยวของกบการสรางอนมลอสระ

(Free radical), phospholipase A2, protease, nuclease เปนตน ซงสงผลใหเกดการท าลาย และเกดการตายของเซลล 7

นอกจากนผลของ ออสโมลารต (Osmolarity) ทเปลยนไปกสงผลใหเซลลเกดการบวม และตายไดในทสด (รปท 8)

จากกลไกดงกลาวจงเปนผลใหเกดการตายของเซลลประสาทและเปนสาเหตส าคญทท าใหเกดโรคทาง ระบบ

สมองและประสาท เชน โรคพารกนสน (Parkinson’s) อลไซเมอร (Alzheimer’s) ภาวะขาดเลอดในสมอง (Cerebral

ischemia) และโรคลมชก (Epilepsy) เปนตน ดงนน กลตาเมทและตวรบกลตาเมทจงถอเปนเปาหมายทส าคญ ตว

หนงเพอพฒนาเปนยามารกษาโรคดงทไดกลาวไปขางตน

รปท 8 ตวอยางกลไกการตายของเซลลจากการกระตนดวยกลตาเมท

11

กลตาเมทกบโรคลมชก

เมอกลตาเมทจบกบตวรบ จะสงผลใหเกดการเปดของชองไอออน และมการผานเขาของ Ca2+ และ Na+ ซง

เปนผลใหเกดความตางศกดทเปลยนไป จงกระตนใหเกด Action potential และสงสญญาณกระแสประสาทตอไป

ดงนนในภาวะทผดปกต เมอมการกระตนทมากเกนไป กจะสงผลใหเกดภาวะชกได หรอเมอมการตายของเซลล

ประสาท กลตาเมทจงไมสามารถถกเกบกลบไดเนองจาก transporter ในการน ากลตาเมทกลบเขาเซลลประสาทนน

จ าเปนตองใชพลงงาน ATP จากไมโตคอนเดรย จงยงสงผลใหมปรมาณของกลตาเมทเพมมากขนทบรเวณ synaptic

cleft และไปกระตนทตวรบกลตาเมทบรเวณ postsynaptic neuron

ตวรบกลตาเมทกบโรคลมชก

NMDA receptor antagonist กบ โรคลมชก

NMDA receptor ถอเปนเปาหมายแรกทมการศกษามานานเพอพฒนาหายาทมฤทธตานการชก โดยมยากน

ชกทใชกนในปจจบนคอ felbamate ซงมกลไกการออกฤทธแบบ uncompetitive NMDA antagonist แตอยางไรก

ตามยาดงกลาวมผลขางเคยงทคอนขางรนแรงคอ aplastic anemia และ liver failure8 จงท าใหมการพยายามคนหา

และพฒนายาตวใหมขนมามากมาย อยางไรกตาม NMDA receptor antagonist สวนใหญเมอน าเขามาศกษาทาง

คลนกจะประสบความลมเหลวจากการทมอาการขางเคยงทรนแรง

KA receptor antagonist กบ โรคลมชก

การศกษาเกยวกบ KA receptor ยงคงมขอมลนอยเมอเทยบกบขอมลของ NMDA และ AMPA receptor

อยางไรกตามมการศกษาทบงบอกวาหากสามารถยบยงท KA receptor กสามารถปองกนการชกในหนทดลองได

เชนเดยวกน9

AMPA receptor antagonist กบ โรคลมชก

เมอไมนานมาน เรมมผวจยหลายกลมใหความสนใจกบ AMPA receptor antagonist มากขน เพราะกเปน

ตวรบตวหนงทมความส าคญตอการเกดโรคตางๆ นอกจากนยงมผลขางเคยงนอยกวา NMDA receptor antagonist

ในผปวยทเปนโรคลมชกแบบ partial seizure เมอน าสมองสวน hippocampus มาศกษาพบวา มการเพมขนของ

12

AMPA receptor อยางมนยส าคญ ในขณะท NMDA, KA receptor นนมปรมาณเทาเดม จงท าใหคาดวา AMPA

receptor นนนาจะเปนสาเหตหลกของภาวะการชก10 (ตารางท 2)

นอกจากน มการศกษามากมายทยนยนวาสารทมกลไก AMPA receptor antagonist นนสามารถปองกนการ

ชกในหนทดลองได และยงสามารถปองกนการเกดภาวะขาดเลอดในสมองชนด global ischemia ซง NMDA

receptor antagonist ไมสามารถท าไดดวย

ดงนน AMPA receptor antagonist จงถอเปนอกเปาหมายหนงทนาสนใจศกษาเพอน ามาพฒนาเปนยารกษา

โรคกนชกตอไปในภายภาคหนา

[3H]AMPA [3H]MK-801 [3H]Kainate

Epilepsy Mean 1004 3238 1221 S.D. 303 784 295

Control Mean 738 5353 1217 S.D. 220 285 132

ตารางท 2 คาเฉลยความหนาแนนของการจบระหวาง ligand กบ AMPA receptor

NMDA receptor และ KA receptor

13

AMPA receptor

AMPA receptor(AMPARs) เปนตวรบชนดหนงของตวรบกลตาเมทชนด ion channel เปนตวรบ tetramer

คอประกอบดวย 4 subunitยอยไดแก GluR1-4 ซงมล าดบกรดอะมโนทเหมอนกนประมาณ 70% ซงเมอประกอบ

กนจะสรางชองทางส าหรบการผานขาวของ Na+ และ Ca2+ เมอกลตาเมทหลงมาจบทบรเวณ glutamate binding site

บนตวรบ AMPA จะสงผลใหเกดการเปดของชองทาง และมการผานเขาของไอออนประจบวก กอใหเกดกระแส

ประสาทสงตอไป 1,11 แตละ Subunit ของ AMPA receptor นนสามารถแบงยอยไดเปน

1. สวนของ transmembrain spanning domain ไดแก TM1, TM2, TM4

2. สวน membrane imbedded re-entry loop (M2) ซงเชอมระหวาง TM2 และ TM3 เปนบรเวณทเปนชอง

ทางผานของไอออนประจบวก

3. สวน N-terminal domain บรเวณ extracellular มทจบของกลตาเมท ( glutamate binding site) อยบรเวณ

สาย N-terminal domain เรยกวา Ligand binding domain

4. สวน C-terminal domain บรเวณ intracellular

GluR2 subunit แบงเปน 2 ชนดตามกระบวนการ Q/R editing site เปนการปรบเปลยนกรดอะมโนจาก glutamine (Q) เปน arginine (R) โดย GluR2(Q) เปนชนดทอนญาตให Ca2+ ผานเขาได ในขณะท GluR(R) นนไมอนญาต สวนใหญในสมองของมนษยเปน GluR2(R) อยางไรกตามจากการศกษาพบวา GluR2(R) สามารถเปลยนเปน GluR2(Q) ในบรเวณของรอยโรคได12 หรอในบางการศกษากเชอวาทบรเวณรอยโรค จงท าให GluR2 ถอเปน subunit ตวหนงทมคนใหความสนใจศกษากนมาก บรเวณ C-terminal domain ทอยภายในเซลลจะเปนบรเวณทมตวรบของ โปรตนตางๆ ทจะกอใหเกดกลไกตางๆภายในรางกายตอไปได เชน NSF, AP2 เปนตน (รปท 9)

รปท 9 Subunit ของ AMPA receptor

14

AMPA receptor antagonist

มการศกษามากมายทบงบอกวา AMPA receptor antagonist สามารถตานการชกในหนทดลองได จาก

การศกษาโดยวธ Maximal electric shock, Audiogenic seizure model, Penthylenetetrazole seizure model, KA

model, AMPA-induced seizure model เปนตน โดยสามารถแบง AMPA receptor antagonist ไดเปน 2 ชนดหลก1

คอ

1. Competitive antagonist ซงเปนตวแยงจบทจบ ณ ต าแหนงเดยวกบ glutamate binding site จงมผลท า

ใหกลตาเมทไมสามารถเขามาจบและกอการกระตนได อยางไรกตาม หากปรมาณของกลตาเมทในสมองมมากพอ

กจะสามารถแยงเขาจบแทนทไดเชนกน ตวอยางของสารในกลมนคอ quinoxaline dione group

2. Non-Competitive antagonist เปนตวตานชนดไมแยงจบ โดยจะจบทคนละต าแหนง ( allosteric binding

site)กบ glutamate binding site แตมผลกอใหเกดการเปลยนแปลงของโครงสรางตวรบกลตาเมท ท าใหกลตามเมท

นนไมสามารถเขามาจบกบตวรบและกอใหเกดการกระตนได โดยตวตานชนดนมขอดคอ จะไมขนกบปรมาณ

ของกลตาเมทในสมอง ตวอยางของสารในกลมนคอ 2,3-benzodiazepine, pthalazine และ tetrahydroisoquinoline

เปนตน

รปท 10 โครงสรางของสาร AMPA receptor antagonist

ในสมนาฉบบน จะพดถง SAR ของสารกลม 2,3-benzodiazepine เนองจากเปนสารกลมแรกทคนพบวาม

ฤทธตานการชกแบบ non-competitive AMPAR antagonist และเปนยาอยใน clinical trial phase 3 อยในขณะน

N

NO

O

NH

N

N

N

N

Quinoxalinedione group

Pthalazine group

2,3-benzodiazepine group

Tetrahydroisoquinoline group

15

สารตวแรกทคนพบวามฤทธตานการชกในหนทดลอง และออกฤทธแบบ non-competitive AMPAR

antagonist คอ 1-(4-aminophenyl)-4-methyl -7,8 -methylenedioxy-5H-2,3-benzodiazepine หรอ GYKI52466 ซง

คนพบในป คศ. 1989 (Current Topic) มการศกษาถง Radioligand binding assay เพอศกษาถงชนดของตวรบท สาร

GYKI52466 ไปจบ จากการศกษาพบวา สาร GYKI52466 ไมไดแยงจบทต าแหนง binding site ของ[3H]flumazenil

ส าหรบ Benzodiazepine receptors, [3H]spiperone ส าหรบ Dopamine และ 5-HT1 receptor, [3H]ketanserin ส าหรบ

5-HT2 receptor, [125I]pindolol ส าหรบ β-adrenergic receptors, [3H]CPP และ [3H]-MK-801 ส าหรบ NMDA

receptors, [3H]5,7-DCKA ส าหรบ Glycine site บน NMDA receptors, [3H]AMPA และ [3H]CNQX ส าหรบ

AMPA/kainate receptors, [3H](1S,3R)ACPD and [3H](1R,-3S)ACPD ส าหรบ Metabotropic glutamate receptors13

ซงจากตรงนแสดงใหเหนวา สาร GYKI 52466 ไมไดจบทต าแหนง binding site ของตวรบตางๆเหลานแบบ

competitive binding อยางไรกตาม ยงคงมตวรบชนดอนทยงไมไดท าการศกษา และกไมสามารถตดทงไปได

เนองดวยการศกษาหา Non-competitive binding site นนปจจบนยงไมสามารถท าได จงท าการศกษาดวยวธ

Electrophysiological study โดยใหสาร AMPA agonist ซงมความจ าเพาะจบทตวรบ AMPA receptor มากระตนบน

เซลลประสาท จะปรากฏกระแสไฟฟาเขาเซลลใหเหน อยางไรกตามเมอมการให AMPA agonist รวมกบ

GYKI52466 พบวา GYKI52466 สามารถลดการกระตนกระแสไฟฟาของ AMPA agonist ได ซงเมอพจารณาจาก

ผล Radioligand binding assay ท าใหสรปไดวาสาร GYKI52466 นนจบทตวรบ AMPA receptor ในต าแหนงทตาง

จาก glutamate binding site คอ มผลการออกฤทธแบบ non-competitive inhibitor (รปท 11)

นอกจากน เมอมการกระตนดวย AMPA agonist ทความเขมขนตางๆ พบวา ในกลมทไมไดให GYKI52466

เมอมความเขมขนของ AMPA agonist มากขน จะมการน าเขาของกระแสไฟฟาทมากขน แตในกลมทมการใหความ

เขมขนทคงทของ GYKI 52466 รวมดวย ผลของกระแสไฟฟาคอนขางจะคงท ไมขนตามความเขมขนทมากขนดวย

จงท าใหสรปไดวาเปนการออกฤทธแบบ non-competitive antagonist14

N

N

CH3

H2N

12

3

45

6

7

8

9

10

11O

O

GYKI 52466

16

A. B.

รปท 11 A. แสดง AMPA Dose-response curve ทวดในกลมทกระตนดวย AMPA agonist () ณ ความ

เขมขนตางๆ กบกลมทไมไดให AMPA agonist ()

B. Chart แสดงกระแสไฟฟาเขา (inward current) ทเกดจากการกระตนดวย AMPA 2 µM ในกลม

control และ กลมท incubate ดวย 50 µM GYKI52466 15 นาทกอน

ตารางท 3 คา ED50 จากการทดสอบฤทธตานการชกดวย Augiogenic seizure model(AS), TD50 จากการทดสอบดวย

rotarod test และ Therapeutic index(TI)

Compound ED50a TD50

b TIc

GYKI52466 35.8 µmol/kg ip 76.1 µmol/kg ip 2.1 a: ED50 from Augiogenic seizure model in clonic phase, b: TD50 = Toxicity dose : Dose that cause 50%

mices have impaired motor function

c: TI = Theraoeutic index : TI = TD50/ED50

17

อยางไรกตาม สาร GYKI 52466 นไมสามารถน ามาพฒนาตอไดเนองดวยขอจ ากดทางดาน การละลายน า

และยงคงมความเปนพษตอระบบการท างานประสานการเคลอนไหว 15 เมอทดสอบดวยเครอง Rotarod test (ตาราง

ท 3) ดงนนจงมการศกษาเพอพฒนา โดยน าโครงสราง GYKI52466 เปนแมแบบและมการดดแปลงต าแหนงตางๆ

เพอคาดหวงฤทธทดขน และมความเปนพษทลดลง ต าแหนงทไดท าการดดแปลง ไดแก

1. ต าแหนง N-3

2. ต าแหนง C-4

3. ต าแหนง C-7,8

4. ต าแหนงทเกาะ C-1 aryl group

18

บทท 4

ความสมพนธระหวางโครงสรางและการออกฤทธตานการชกของสารกลม 2,3-benzodiazepine

(Structure-Activity-Relationship of non-competitive AMPAR antagonist

as an anticonvulsant agent)

1. ต าแหนง N-3 Substitution 2,3-benzodiazepine

มการศกษาถงความส าคญทต าแหนง N-3 โดย GYKI52466 มาเปนสารตนแบบและท าการดดแปลงท

ต าแหนง N-3 โดยน าสารกลม alkylcarbomoyl และ alkylcarbamide มาตอ ณ ต าแหนง N-3 ผลการศกษาพบวาหาก

แทนทดวยหม alkylcarbomoyl และ alkylcarbamide สายสนๆจะสงผลใหมฤทธตานการชกทดกวาสารตนแบบ แต

หากสายยาวเกนไปจะสงผลใหมฤทธทลดลง (ตารางท 4) 16, 17

MES Test

R ED50 po (mg/kg)

H 22.09 CH3 13.86 C2H5 14.90

NHCH3 8.65 NHC4H9 >100 n-C4H9 >100

GYKI 52466 38.0

ตารางท 4 ฤทธตานการชกในหนทดลองดวย Audiogenic seizure model (AS) ของสาร GYKI52466 และอนพนธ

19

จากการศกษาดงกลาว ท าใหมการน ามาพฒนาเปนยา Talampanel ซงเปนยาทออกฤทธผาน non-competitive

AMPAR antagonist ซงขณะนอยใน Clinical trial phase III โดยพบวาจากการศกษา พบวา ต าแหนง หมเมทลท

เกาะท C-4 ซงเปน chiral carbon หากเปน R-form จะใหฤทธตานการชกทดมาก ในขณะทเมอเปน S-form จะไมม

ฤทธตานการชก18

AS : Audiogenic seizure model

MES : Maximal electric shock model

ไดมการศกษาเพอทดลองน าหม อะโรมาตก มาแทนททต าแหนง N-3 ผลการศกษาพบวาสารทงหมด ใหฤทธ

ตานการชกทลดลงกวาสารตนแบบทใชในทนคอ Talampanel โดยมเพยงหนงสารทฤทธใกลเคยง Talampanel นน

คอ เมอแทนทดวยหม pyridine ring19

รปท 12 เปรยบเทยบฤทธตานการชกในหนทดลองดวย Maximal electric shock model (MES) และ

Audiogenic seizure model (AS) ระหวาง GYKI52466 และ Talampanel

20

2. ต าแหนง C-4 Substitution 2, 3-benzodiazepine

Rosaria และคณะไดท าการศกษาโดยเปลยนแปลงหมเมทลทเกาะทต าแหนง C-4 เปนหม ketone group หรอ

thione group ตามหลก bioisostere พบวาใหฤทธตานการชกในหนทดลองทดกวาสารตนแบบ GYKI 52466 และ

เมอคงต าแหนง ketone group ไวและเตมหม alkylcarbamoyl สายสนๆ กสามารถใหฤทธทดขนเชนกน เมอทดสอบ

ดวยโมเดล Audiogenic seizure model 13,20,21

Hamori และคณะไดศกษาโดยสงเคราะหสารโดยเปลยนต าแหนงหมเมทลจากต าแหนง C-4 ไปท C-5 พบวา

มฤทธตานการชกทลดลงในหนทดลองดวยโมเดล Maximal Electric Shock (MES) ซงคาดวาเปนผลของการวางตว

ในรปแบบสามมตทไมเหมาะสมตอการออกฤทธตานการชก22

R ED50a

>10mg/kg

1.47 mg/kg 1.48

0.76 mg/kg

7.8 mg/kg

3.2 mg/kg

5 mg/kg

Talampanel 0.48 mg/kg

a: Test by Maximal electric shock after treatment with i.v. route

ตารางท 5 ฤทธตานการชกในหนทดลองดวย Maximal electric shock(MES) model ของสาร Talampanel และอนพนธตางๆ

N

N

N

N

NH

N

S

21

R ED50 4-CH3 37.1 mg/kg po 5-CH3 47.1 mg/kg po

3. C-7,8 substitution 2,3-benzodiazepine

Sarro และคณะ ศกษาหม methylenedioxy ทต าแหนง C-7,8 โดยศกษาถงความส าคญของหมดงกลาว ดวย

การสงเคราะหเปลยนแปลงเปน C-7,8-dimethoxy group ผลการศกษาฤทธตานการชกในหนทดลองดวย

Audiogenic seizure model พบวาใหฤทธทใกลเคยงกน 23 แตเมอเปลยนจาก dimethoxy group เปน monomethoxy

group จะมผลใหฤทธตานการชกทลดลง14,23

การเปลยนหม Methylenedioxy เปนหมทมขนาดใหญขนคอ Ethelenedioxy พบวามผลใหฤทธตานการชกท

ลดลงมาก คาดวาเปนผลของเรองการวางตวสามมตทไมเหมาะสมตอการออกฤทธตานการชก24

N

N

H2N

12

3

45

6

7

8

9

10

11O

O

R

ตารางท 6 ฤทธตานการชกในหนทดลองดวย Maximal electric shock(MES) model ของสารอนพนธ

22

รปภาพท 13 ฤทธตานการชกของGYKI52466 และสารอนพนธเมอทดสอบโดย Audiogenic seizure model

รปภาพท 14 ฤทธตานการชกของGYKI52466 และสารอนพนธเมอทดสอบโดย Audiogenic seizure model

N

N

CH3

H2N

12

3

45

6

7

8

9

10

11O

O

N

NH

H2N

12

3

45

6

7

8

9

10

11O

O

O

N

NH

H2N

12

3

45

6

7

8

9

10

11O

O

S

EC50 = 35.8 µmol/kg ip

EC50 = 11.8 µmol/kg ip

EC50 = 15.4 µmol/kg ip

N

NH

H2N

12

3

45

6

7

8

9

10

11O

O

O

N

N

H2N

12

3

45

6

7

8

9

10

11O

O

O

HN

OCH3

EC50 = 15.4 µmol/kg ip

EC50 = 12.4 µmol/kg ip

23

รปภาพท 15 ฤทธตานการชกของGYKI52466 และสารอนพนธเมอทดสอบโดย Maximal Electric Shock Model

รปภาพท 16 ฤทธตานการชกของGYKI52466 และสารอนพนธเมอทดสอบโดย Audiogenic seizure model

N

NH

CH3

H2N

12

3

45

6

7

8

9

10

11O

ON

NH

H2N

12

3

45

6

7

8

9

10

11O

O

H3C

EC50 = 37.4 µmol/kg po

EC50 = 47.1 µmol/kg po

N

NR

H2N

12

3

45

6

7

8

9

10

11O

O

O

N

NH

H2N

12

3

45

6

7

8

9

10

11MeO

MeO

O

EC50 = 15 mg/kg ip

EC50 = 15.4 mg/kg ip

24

รปภาพท 17 ฤทธตานการชกของ GYKI52466 และสารอนพนธเมอทดสอบโดย Audiogenic seizure model

4. C-1 aryl-substitution 2,3-benzodiazepine

มการศกษามากมายไดศกษาเปลยนหมเกาะแทนทบนวงอะโรมาตคทต าแหนง C-1 เชน การแทนทดวยหม

Amino group, Nitro group, Halogen ตางๆ ซงจากการศกษาพบวา สวนใหญหากแทนทดวยหม Amino group หรอ

แทนทดวย Hydrogen atom จะสงผลใหฤทธตานการชกทดกวาการแทนทดวยหม Nitro, Halogen group เปนตน

อยางไรกตาม จากการศกษาดงกลาวไมสามารถสรปไดวา หม Electron donating group เปนหมทใหฤทธ

ตานการชกทดกวา electron withdrawing group เนองจากกยงคงมบางตวทสามารถใหฤทธทดไดเชนกน ดงนนจง

เชอวายงมอกหลายปจจยทสงผลตอการออกฤทธของสาร20,23,25

N

NH

H2N

12

3

45

6

7

8

9

10

11O

O

O

N

NH

H2N

12

3

45

6

7

8

9

10

11

OO

O

EC50 = 15.4 µmol/kg ip EC50 = 61.3 µmol/kg ip

25

A B

Compound R1 R2 ED50 (mg/kg)a TD50 (mgkg)

Clonic phase Tonic phase Rotarod test

A1 H H 10.0 9.41 4.2

A2 H NH2 6.00 5.69 2.7

A3 NH2 H 4.66 3.92 3.8

B1 H H 12.1 11.4 3.7

B2 H NH2 5.32 3.74 5.6

B3 NH2 H 6.44 3.22 4.5

B4 OH H 15.5 14.7 2.9

B5 OMe H >37.2 >37.2 Not determined

GYKI52466 NH2 H 10.5 7.41 2.1 a: All compound were given ip 30 min before audiogenic seizure

ตารางท 7 ฤทธตานการชกและTD50 ของอนพนธ A1-3, B1-5 และ GYKI52466

26

ตารางท 8 อนพนธของ 2,3-benzodiazepine กบฤทธตานการชกดวยวธ Audiogenic seizure ซงใหสารกบหน

ทดลองดวยการฉด ip route

27

บทท 5

บทสรป

รปท 18 สรปโครงสราง SAR ของสาร 2,3-benzodiazepine ทส าคญตอการออกฤทธตานการชก

AMPA receptor เปนหนงในตวรบกลตาเมททมความส าคญตอการเกดโรคทางระบบประสาทตางๆ ดงนน AMPA receptor antagonist จงถอเปนอกกลไกหนงทสามารถน ามาใชเพอรกษาโรคทางระบบประสาทและสมองได เชน โรคลมชก ซงถอเปนโรคหนงทมความส าคญ และมการศกษามากมายทบงวา AMPA receptor antagonist มฤทธตานการชกทด โดย AMPA receptor antagonist สามารถแบงเปน 2 ชนดคอ Competitive antagonist และ Non-competitive antagonist ส าหรบ Non-competitive AMPA antagonist ตวแรกทคนพบวามฤทธตานการชกคอ GYKI52466 แตมขอจ ากดไมสามารถน ามาพฒนาตอไดเนองจากยงคงมความเปนพษ และการละลายน ายงต า จงไดมการศกษาเพอพฒนาดดแปลงโครงสรางโดยหวงฤทธตานการชกทดขนและมความเปนพษทลดลง ซงต าแหนงทไดท าการศกษาทดสอบฤทธและความเปนพษ ไดแก การปรบเปลยนทต าแหนง C-7 และ C-8, แทนทหมเมทลดวยหมอนในท C-4, การน าหมตางๆมาเกาะกบNitrogen ทต าแหนงN-3 และ หมทเกาะอะโรมาตคใหต าแหนงท 1

ผลการศกษาดงกลาวท าใหสามารถทราบถงความสมพนธระหวางโครงสรางและการออกฤทธตานการชกในหนทดลอง (Structure-Activity Relationship ; SAR) ของสารกลม 2,3-benzodiazepine ได ซงจากการศกษาพบวา หมแทนทในต าแหนง C-3 ควรจะเปนหม Alkylcarbamoyl หรอ Alkylcarmamide สายสน, การแทนทหมเมทลในต าแหนงท C-4 ดวยหม ketone และ thione group จะใหฤทธตานการชกทดขน, หมทเกาะทต าแหนง C-7,8 ควรเปนหม Methylenedioxy group หรอ dimethoxy group, หมทเกาะทวงอะโรมาตคในต าแหนง C-1 ควรเปน amino group หรอแทนทดวยหม hydrogen atom ซงจากขอมลดงทกลาวมาขางตน คาดวาจะเปนประโยชนเพอน าไปศกษาและพฒนาโครงสรางของสารกลม 2,3-benzodiazepine ใหมฤทธตานการชกทดไดและอาจสามารถพฒนาเปนยาเพอน ามาใชในการรกษาผปวยโรคลมชกตอไปในอนาคต

28

เอกสารอางอง

1. Sarro G, et al. AMPA Receptor Antagonists as Potential Anticonvulsant Drugs. Current Topics in

Medicinal Chemistry 2005; 5: 31-42.

2. Zhaiwei L, Pankaja K. Kadaba Molecular Targets for the Rational Design of Antiepileptic Drugs and Related

Neuroprotective Agents. Medical Research Reviews 1997; 17(5): 537-572.

3. ชยชน โลวเจรญกล, บรรณาธการ. วทยาการโรคลมชก โครงการรกษาผปวยโรคลมชกครบวงจร ในพระ

อปถมภของสมเดจพระเจาลกเธอเจาฟาจฬาภรณวลยลกษณอครราชกมาร กรงเทพฯ: 2544.

4. ประภาวด พวไพโรจน, ศรพร เทยมเกา, วรพล คคงวรยพนธ, สนธยา สมะเสถยรโสภณ, จนตนา สตยาศย,

บรรณาธการ. เภสชวทยา เลม 2. ขอนแกน: โรงพมพคลงนานาวทยา; 2549.

5. สรภ เรองสวรรณ. แนวทางการรกษาโรคลมชก สมาคมโรคลมชกแหงประเทศไทย กรงเทพฯ: ส านกพมพ

กรงเทพเวชสาร; 2549.

6. Chandradhar D. Antiepileptic Drugs. American Journal of Pharmaceutical Education 2001; 65: 197-202.

7. Juan P, et al. Nitric Oxide-Mediated Mitochondria Damage in the Brain: Mechanisms and Implication for

Neurodegenerative Disease. Journal of Neurochemistry 1997; 68(6): 2227-2240.

8. Emilio P, Jacqueline F, Meir B. Development of new antiepileptic drugs: challenges, incentives, and recent

advances. Lancet Neurol 2007; 6: 793–804.

9. Daniela C, Vittoria C, Flavia V. Competitive AMPA antagonist. Medicinal Research Reviews 2007; 27(2):

239-278.

10. Zilles K, Qu MS, Kohling R, Speckmann EJ. Ionotropic Glutamate and GABA Receptors in Human

Epileptic Neocortical Tissue: Quantitative in Vitro Receptor Autoradiography. Neuroscience 1999; 94(4):

1051-1061.

11. Raymond D, Karin B, Derek B, Stephen F. Traynelis The Glutamate Receptor Ion Channels.

Pharmacological Reviews 1999; 51(1): 7-51.

12. Mattes, et al. α-Amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic Acid (AMPA) Antagonists: From Bench

to Bedside. J. Med. Chem. [cited 2010 June 1] Available from:

http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jm901688m

29

13. Grasso R, et al. Synthesis and Anticonvulsant Activity of Novel and Potent 2,3-Benzodiazepine

AMPA/Kainate Receptor Antagonists. J. Med. Chem. 1999; 42: 4414- 4421.

14. Chimirri A, et al. 1-Aryl-3, 5-dihydro-4H-2, 3-benzodiazepin-4-ones: Novel AMPA Receptor Antagonists.

J. Med. Chem. 1997; 40: 1258-1269.

15. Zappala M, et al. New 7, 8-ethylenedioxy-2, 3-benzodiazepines as noncompetitive AMPA receptor

antagonists. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2006; 16: 167–170.

16. Tarnawa I, et al. Structure-activity relationships of 2,3-benzodiazepine compounds with glutamate

antagonistic action. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 1993; 3(1): 99-104.

17. Quartarone S, et al. Synthesis and anticonvulsant activity of N-3 substituted 2,3-benzodiazepines. Il

Farmaco 2004; 59: 353–358.

18. Denes L, Szil´agyi G, G´al A, Nagy Z. Talampanel a non-competitive AMPA-antagonist attenuates caspase-

3 dependent apoptosis in mouse brain after transient focal cerebral ischemia. Brain Research Bulletin 2006;

70: 260–262.

19. Anderson A, et al. Synthesis and anticonvulsant activity of 3-aryl-5h-2,3- benzodiazepine AMPA

antagonists Bioorg. Med. Chem. Lett. 1999; 9: 1953-1956.

20. Chimirri A, et al. 3,5-Dihydro-4H-2,3-benzodiazepine-4-thiones: A New Class of AMPA Receptor

Antagonists J. Med. Chem. 1998; 41: 3409-3416.

21. Rossaria G, et al. Design and development of 2,3-benzodiazepine (CFM) noncompetitive AMPA receptor

antagonists. II Farmaco 2002; 57: 129-134.

22. Hamori T, et al. Structural Analogues of Some Highly Active Non-Competitive AMPA Antagonists. Bioorg.

Med. Chem. Lett. 2000; 10: 899-902.

23. Sarro A, et al. 7,8-Methylenedioxy-4H-2,3-benzodiazepin-4-ones as Novel AMPA Receptor Antagonists.

Bioorg. Med. Chem. Lett. 1998; 8: 971-976.

24. Zappala M, et al. New 7,8-ethylenedioxy-2,3-benzodiazepines as noncompetitive AMPA receptor

antagonists. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2006; 16: 167–170.

25. Antonio M, et al. QSAR Study of Anticonvulsant Negative Allosteric Modulators of the AMPA Receptor.

J. Med. Chem. 2004; 47: 1860-1863.