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迷幻生物碱伊博加因对人和动物都有抗成瘾作用。与大多数物质使用障碍（SUD）药物不同，坊间报道表明伊博加因具有治疗对各种物质上瘾的患者的潜力，包括阿片类药物、酒精和精神刺激剂。与其他迷幻化合物一样，其治疗效果持久，这归因于其通过激活神经营养因子信号来改变成瘾相关神经回路的能力，然而，一些安全问题阻碍了伊博加因的临床开发，包括其毒性、致幻潜能和诱发心律失常的倾向。在这里，我们应用功能导向合成（FOS）的原理来确定其潜在治疗药效团的关键结构元素，使我们能够设计出塔贝南他洛格（TBG）——一种水溶性、非致幻剂、无毒的伊波加因类似物，可以一步制备。TBG促进了结构神经可塑性，减少了酒精和海洛因寻求行为，并在啮齿类动物中产生了抗抑郁作用。这项工作表明，通过仔细的化学设计，有可能对迷幻化合物进行修饰，以产生一种更安全、无致幻剂、具有治疗潜力的变体。
迷幻剂、精神塑化剂、神经可塑性、伊波加因、功能导向合成、药物设计、神经精神障碍、物质使用障碍、成瘾、酒精使用障碍、阿片类药物使用障碍、抗抑郁剂、抑郁症、5-羟色胺、5-HT2A受体
伊博加因是由虎斑草产生的众多生物碱中含量最丰富的一种，尽管它尚未在双盲安慰剂对照临床试验中进行试验，但坊间报道和开放标签研究表明，它可以减少药物戒断症状，减少药物渴求，并防止复发，不幸的是，伊博加因存在严重问题，严重限制了其作为治疗药物的潜力。首先，由于对其来源的植物的过度开发，以及缺乏可扩展的、对映选择性的全合成，限制了对大量化合物的获取。目前，只有三条合成外消旋伊博卡因的路线，最长的线性序列为9-16步，总收率为0.1-4.8%。其次，伊博加因的安全状况是不可接受的。从物理化学角度来看，它是非常非极性的，这导致其在脂肪组织中积累，并通过抑制hERG钾通道而导致其已知的心脏毒性，有几例死亡与伊博加因的心脏毒性有关，并且会产生长期的幻觉（>；24小时）。虽然伊博加因曾作为治疗神经精神疾病的药物在法国销售，但由于其不良反应，它已从市场上消失。
虽然伊博加因的确切作用机制尚未完全阐明，但有证据表明，它可能通过促进神经可塑性改变成瘾相关的回路。首先，伊博加因已被证明能增加腹侧被盖区（VTA）的胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）表达，VTA内输注伊博加因可减少啮齿类动物的酒精寻求行为。最近的一项研究表明，依博加碱影响与成瘾性药物行为效应有关的多个脑区的脑源性神经营养因子（BDNF）和GDNF信号。最近，我们证明了去甲烟碱，一种烟碱的活性代谢物，是一种有效的精神塑化剂，可增加皮质神经元树突状突起的复杂性。其他精神塑化剂，如麦角酸二乙酰胺（LSD）和psilocin（psilocybin的活性代谢物），也已在轶事和开放标签研究中显示，可减少临床用药，类似于伊博加因。我们假设，精神塑化剂在成瘾相关回路中促进结构和功能神经可塑性的能力可能解释了它们在单次给药后数周到数月内减少药物寻求行为的能力。此外，通过改变神经回路而不是简单地阻断特定成瘾物质的靶点，像伊博加因这样的精神塑化剂可能具有广泛应用的抗成瘾剂的潜力。
为了开发简化的、潜在更安全的类似物，我们首先需要了解ibogaine的哪些结构特征对其心理塑形效应至关重要。我们的方法反映了Wender及其同事在对结构复杂的海洋天然产物bryostatin 1进行的开创性FOS研究中所采取的方法。在这里，我们报告了我们为设计伊博加生物碱（ibogalogs）的简化类似物所做的努力，这些类似物缺乏伊博加碱的毒性和致幻作用，但在药物自我给药和复发的啮齿类动物模型中保持其行为效应。
伊博加因结构的特征包括一种吲哚、一种七元四氢氮杂卓和一种双环异喹uclidine（图1）。我们推断，系统地删除这些关键结构元素将揭示伊博加因的精神塑形药效团的基本特征。通过调整Sames及其同事开发的化学，我们能够获得一系列含有异喹脲的化合物（8-11），这些化合物缺乏伊波加因的四氢氮卓和/或吲哚特征（扩展数据图1a）。Ibogalog 8a缺乏ibogaine所特有的吲哚环和四氢氮杂环，而9a–11a仅缺乏四氢氮杂环。Ibogamine、ibogaine和noribogaine仅因C2–C16键的存在而分别与9a、10a和11a不同（LeMen和Taylor约定）。
除11a外，与载体（VEH）对照组相比，含有异喹uclidine但缺乏四氢氮杂卓环（8–10和11b）的ibogalogs要么是弱的精神塑化剂，要么没有促进神经元生长（扩展数据图2）。相比之下，大多数缺乏异喹uclidine但保留四氢氮杂卓（12-16）的ibogalogs是有效的（扩展数据图2）。C5上的吲哚可以被氟（15）或氯（16）取代，但对空间要求更高的溴取代基（17）则不行。我们发现，尽管IBG（13）具有简化的化学结构，但其表现与ibogaine相当。我们优先考虑IBG的进一步开发，因为我们认为其亲脂性（cLogP=2.61）相对于伊博加因（cLogP=4.27）的降低将降低配方的挑战性，并降低心脏毒性的可能性，因为亲脂性是已知的hERG通道抑制的促因。IBG作为一种潜在治疗药物的吸引力通过其改进的CNS多参数优化（MPO）评分（IBG MPO=5.2；Ibogaine MPO=3.8；optimal MPO=6.0）以及它可以在一步中合成的事实得到了强调。
对IBG结构的检查显示其与强效迷幻剂和5-HT2A激动剂5-甲氧基-N，N-二甲基色胺（5-MeO-DMT）相似。Glennon及其同事进行的开创性结构-活性关系（SAR）研究表明，与5-MeO-DMT和其他已知的致幻剂不同，6-MeO-DMT不能在任何剂量下替代致幻剂2,5-二甲氧基-4-甲基安非他明（DOM），用于训练啮齿类动物区分DOM和盐水。此外，我们的研究小组已经证明，6-MeO-DMT不会产生头部抽搐反应（HTR）——一种公认的啮齿动物行为替代物，用于5-HT2A激动剂诱导的幻觉。因此，我们合成了6-甲氧基吲哚-四氢氮杂卓18。由于18类似于伊博加生物碱塔伯南他林，我们称这种化合物为塔伯南他林（TBG）。与IBG一样，TBG可以在一个步骤中合成，使我们能够快速获得大量（>；1g）。
为了评估IBG和TBG的致幻潜能，我们在HTR试验中使用5-MeO-DMT（10 mg/kg）作为阳性对照对其进行了测试（图2a）。虽然5-MeO-DMT能产生稳定的HTR，但其构象受限的类似物IBG的致幻潜能显著降低。根据假设，TBG的6-甲氧基取代基使其没有HTR测定的致幻潜能。在这些体内研究中，我们使用了IBG和TBG的富马酸盐。与盐酸依博加因不同，它们易溶于0.9%的生理盐水，最高可达40 mg/mL（扩展数据表1）。
伊博加因的亲脂性不仅给其给药带来了实际问题，而且可能是导致其毒性和不良心脏效应的主要因素。依博加因抑制hERG通道的IC50为1μM（图2b）。相比之下，IBG和TBG的效力分别比ibogaine低约10倍和100倍，表明心脏毒性的可能性较低。通过每分钟心房与心室搏动（BPM）的比率（图2c）测量，给固定化斑马鱼幼体服用伊博加因可降低心率（扩展数据3a，视频S1），并增加诱发心律失常的可能性。IBG和TBG均未诱导这些不良表型。
为了比较ibogaine、IBG和TBG的急性行为效应，我们用这些化合物在一定剂量范围内（1-200μM）处理斑马鱼幼虫，记录它们对一系列光和声刺激的行为反应，并分析由此产生的行为特征（扩展数据3b）。依波加因和去甲依波加因治疗产生的行为特征与致死对照相似（扩展数据3b-c）。相比之下，IBG和TBG处理的斑马鱼产生的行为特征更类似于载体对照。随着浓度的增加，依波加因、去甲依波加因和hERG抑制剂氟哌啶醇、舍丁多尔和特非那定在表型上与溶媒对照组更为不同，同时与致死对照组（丁香酚，100μM）更为相似（扩展数据3d）。相反，IBG和TBG不产生这种表型。
由于目前尚不清楚伊博加因是否会在非常高的剂量下引起癫痫发作，我们接下来使用表达GCaMP5的斑马鱼幼体来评估致痫潜能。伊博加因和TBG均未产生过度的神经活动，正如使用已知的癫痫诱导化合物戊四唑（PTZ）治疗后观察到的那样（扩展数据3e，视频S2）。
最后，我们使用成熟的斑马鱼发育毒性试验比较了伊博加因、伊博加因和TBG的形态学效应。Ibogaine（100μM）分别显著增加了受精后2天和5天（dpf）的畸形和死亡率（图2d-e）。在这两个时间点，活鱼和非活鱼的比例与媒介物对照组显著不同（p<；0.0001）。伊博加因治疗过的斑马鱼患有多种畸形。诺利博加碱治疗可提高存活率，但大多数斑马鱼出现卵黄囊和/或心包水肿。相比之下，IBG和TBG处理（100μM）产生的非活性鱼明显少于伊博加因（在2和5 dpf下，伊博加因与IBG和伊博加因与TBG的p<；0.0001）。重要的是，将TBG的浓度从100μM降低到66μM会导致在5 dpf后，从统计学上无法区分活鱼和非活鱼的比例，这与溶媒对照（p=0.3864，扩展数据3f）是不可区分的。
为了验证IBG和TBG的靶点，我们进行了一组5-羟色胺（5-HT）和阿片受体功能分析，以评估标准GPCR信号。与去甲博加因不同，IBG和TBG表现出弱或无阿片类激动剂活性（扩展数据图4和图4） 和5）。5). 然而，IBG和TBG在人类（图2f）和小鼠5-HT2A受体（扩展数据图4）上显示出强大的激动剂活性。许多5-HT2A激动剂，如5-MeO-DMT，也是5-HT2B受体的激动剂，可导致心脏瓣膜病。相反，IBG和TBG作为5-HT2B受体的拮抗剂（图2f）。与构象限制性较小的5-MeO-DMT相比，当在5-HT受体上进行分析时，IBG和TBG显示出更具选择性和潜在安全性的特征（扩展数据图4和图4） 和5）。5). 对81个潜在靶点进行的全面安全筛选显示，TBG对5-HT2受体具有高选择性（扩展数据表2）。
为了确定TBG是否具有奖励效应，我们在小鼠中进行了条件位置偏爱试验（CPP）（扩展数据图6）。低剂量TBG（1 mg/kg）对位置偏好没有任何影响（p=0.8972）。高剂量会产生适度的条件性位置厌恶（CPA）（对于10 mg/kg，p=0.0199；对于50 mg/kg，p=0.0489），表明TBG滥用的可能性较低。
在证明了TBG相对于ibogaine的安全性改善后，我们接下来评估了其对结构塑性的影响。通过Sholl分析（图3a），用TBG处理大鼠胚胎皮层神经元增加了树突状树枝的复杂性，这种效应似乎是5-HT2A依赖性的，因为它被5-HT2A拮抗剂酮色林预处理阻断（图3b）。
除了促进树突生长外，TBG还增加树突棘密度，其程度与成熟皮层培养中的依博加碱相当（图3c-d）。接下来，我们使用经颅双光子成像（图3e）来评估TBG对小鼠感觉皮层脊柱动力学的影响。治疗24小时后，TBG和致幻5-HT2A激动剂2,5-二甲氧基-4-碘安非他明（DOI）均增加了脊柱形成，但不影响脊柱消除（图3f-g）。在更多的皮质前部也观察到了类似的结果，反映了之前报道的氯胺酮的作用。
随着大脑前部（如前额叶皮质，PFC）结构可塑性的增加，已被证明在啮齿动物模型中介导氯胺酮的持续（>；24小时）抗抑郁样作用，并被假设在5-HT2A激动剂的治疗效果中起关键作用，接下来，我们评估了TBG对小鼠在7天不可预测轻度应激（UMS）后强迫游泳试验（FST）行为的影响（扩展数据图7a-b）。UMS后的不动时间显著增加。这种效应通过50mg/kg（而非10mg/kg）剂量的TBG得以缓解。初步药代动力学研究显示，50mg/kg剂量的TBG产生的大脑浓度明显高于10mg/kg剂量（扩展数据图7c）。因此，在随后的小鼠行为实验中使用了50 mg/kg剂量。
由于氯胺酮即使在没有UMS的情况下也会在FST中产生抗抑郁剂样作用，因此我们在本实验中与TBG进行了头对头比较（图4a-b）。在预试验后24小时给药，并在给药后24小时和7天进行FST。氯胺酮和TBG均能显著降低给药后24小时小鼠的不动性，但氯胺酮的作用似乎更持久。重要的是，给药后24小时，TBG对运动没有影响（扩展数据图6c）。正如预期的那样，用5-HT2A拮抗剂（酮西林）治疗可阻断TBG的抗抑郁样作用（图4b）。TBG在FST中表现出的疗效与其他5-HT2A激动剂已显示出治疗抑郁症的潜力的事实一致，然而，未来的研究应该评估TBG对其他与抑郁症相关的行为的影响，尤其是那些测量快感缺失的行为。
为了评估TBG对酒精（EtOH）摄入量的影响，我们采用了一项间歇性两瓶选择（20%EtOH（v/v）vs.H2O）实验，模拟人类的狂饮行为。小鼠在7周的时间内反复进行暴饮暴食和戒断循环（图4c），导致高EtOH消耗（11.44±0.76 g/kg/24小时）、暴饮样行为（3.89±0.33 g/kg/4h），并产生与患有酒精使用障碍（AUD）的人类受试者相当的血液酒精含量。饮酒前3小时全身注射TBG可减少前4小时的暴饮暴食，但不影响饮水量（图4d）。TBG给药后至少两天内酒精消耗量较低（图4e）。之前观察到的伊博加因也有类似的结果。重要的是，在给小鼠提供水和5%蔗糖溶液之前，给予TBG不会减少蔗糖偏好（图4f）或总液体消耗量（图4g），这表明TBG选择性地减少了酒精摄入。
与饮酒一样，坊间报道表明伊博加因可以减少人类对阿片类药物的使用，在类阿片自我给药的啮齿类动物模型中，以40 mg/kg的剂量给药时，伊博加因产生最大的减少。在这里，我们使用海洛因自我给药的大鼠模型（图4h）来评估在自我给药（SA）、灭绝第一天（EXT）之前和线索恢复（CUE）之前的三个不同时期给予TBG（40 mg/kg）的效果。每当TBG不在时，就在这些相同的时间点给药（图4i）。因此，每组共接受3次注射。当在自我给药期间（图4j-k）、灭绝前（EXT，图4l）或提示rei前给药时
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