Antidepressant- and anxiolytic-like properties of new phenylpiperazine derivatives of theophylline.

Na podstawie wyników uzyskanych w oznaczeniach radioreceptorowych in vitro oraz przeprowadzonych badaniach funkcjonalnych in vivo nowej serii pochodnych syntetyzowanych w Katedrze Chemii Farmaceutycznej UJ CM, do badań farmakologicznych mających na celu określenie aktywności przeciwdepresyjnej i przeciwlękowej wybrano arylopiperazynowe pochodne teofiliny o symbolach GR-1/11, GR-2/11, GR-3/11, GR-4/11. Związki te wykazały istotne powinowactwo do receptorów 5-HT1A oraz słabsze ro receptorów 5-HT2A i 5-HT7, a także brak powinowactwa do receptorów 5-HT6. W badaniach funkcjonalnych wykazano, że związki GR-1/11 i GR-2/11 są pełnymi agonistami receptorów 5-HT1A. Ponadto GR1/11 jest antagonistą receptora 5-HT2A, związek GR-3/11 jest agonistą postsynaptycznego receptora 5-HT1A, natomiast związek GR-4/11 wykazał aktywność częściowego agonisty postsynaptycznego receptora 5-HT1A i antagonisty receptora 5-HT2A. Do oceny aktywności przeciwdepresyjnej u myszy wykorzystano test wymuszonego pływania (test Porsolta), natomiast do oceny właściwości przeciwlękowych posłużył test czterech płytek. Jako związków referencyjnych użyto odpowiednio imipraminy i diazepamu. Związki GR-1/11, GR-3/11 i GR-4/11 wykazały istotną aktywność przeciwdepresyjną, odpowiednio w dawkach 5 mg/kg, 1,25 mg/kg i 0,625 mg/kg. Natomiast aktywność przeciwlękową wykazały związki GR-1/11, GR-2/11 i GR-4/11, odpowiednio w dawkach 20 mg/kg, 2,5 mg/kg i 0,312 mg/kg. W celu oceny roli receptorów serotoninergicznych 5HT1A w mechanizmie działania przeciwdepresyjnego i/lub przeciwlękowego nowych arylopiperazynowych pochodnych teofiliny podawano jednocześnie badane związki w dawkach aktywnych z antagonistą receptora 5HT1A, WAY 100635. WAY100635 osłabiał lub znosił obserwowaną aktywność przeciwdepresyjną/przeciwlękową badanych pochodnych. Analizując zależność pomiędzy budową chemiczną, powinowactwem wobec receptorów serotoninergicznych a aktywnością farmakologiczną poszczególnych pochodnych można zauważyć, że istotną rolę w powinowactwie badanych struktur wobec poszczególnych podtypów receptorów serotoninergicznych odgrywa obecność i rodzaj podstawników w pierścieniu fenylowym oraz długość łańcucha alkilowego wiążącego układ teofiliny z ugrupowaniem arylopiperazynowym. Wprowadzenie podstawników w pozycję 2 lub 3 pierścienia fenylowego powodowało wzrost powinowactwa względem receptorów 5-HT1A i 5-HT7 oraz zmiany w powinowactwie wobec receptora 5-HT2A. Obecność ugrupowania metoksylowego w pozycji 2 pierścienia fenylowego (GR-3/11) spowodowała zmniejszenie powinowactwa do receptora 5-HT2A, istotne zwiększenie powinowactwa względem receptora 5-HT1A oraz receptora 5-HT7. Istotne dla zwiększenia powinowactwa wobec receptora 5-HT1A wydaje się podstawienie atomem chloru w pozycji 3 pierścienia fenylowego (związki GR-1/11 oraz GR-4/11). Ponadto wydłużenie łańcucha alkilowego łączącego układ teofiliny z ugrupowaniem fenylopiperazynowym zwiększało powinowactwo względem receptora 5-HT1A. Na podstawie uzyskanych w niniejszej pracy wyników sugeruje się, że aktywność przeciwlękowa i przeciwdepresyjna badanych związków najprawdopodobniej związana jest z ich agonistycznym wpływem na receptory 5HT1A. Przeprowadzone w pracy badania in vivo ujawniły istotną aktywność przeciwdepresyjną i przeciwlękową związku GR-4/11, który wykazał działanie w najniższych dawkach. Dla tej substancji postuluje się przeprowadzenie dalszych, poszerzonych badań farmakologicznych u szczurów.

On the basis of radioreceptor in vitro and functional in vivo studies of new series of derivatives, synthesized in Department of Pharmaceutical Chemistry UJ CM, arylpiperazines derivatives of theophylline marked by symbols GR-1/11, GR-2/11, GR-3/11, and GR-4/11 have been chosen in order to investigate their antidepressant- and anxiolytic-like activity. The obtained results show that chosen compounds have significant affinity for 5-HT1A receptors and lower one for 5-HT2A and 5-HT7 as well as lack of affinity toward 5-HT6 receptors. The findings of functional studies show that GR1/11 and GR2/11 are full 5-HT1A agonists; moreover, GR1/11 is an antagonist of 5-HT2A receptors. GR3/11 is an agonist of postsynaptic 5-HT1A receptors and GR4/11 has partial agonist activity toward postsynaptic 5-HT1A receptor and antagonist activity toward 5-HT2A ones. The interesting receptor profile of these compounds encouraged to continue investigation of pharmacological properties in some mouse screening models of depression and anxiety. For the evaluation of antidepressant activity, the forced swim test was used, whereas an anxiolytic-like effect was studied by using four-plate test. As reference compounds imipramine and diazepam were used, respectively. The compounds GR-1/11, GR-3/11 and GR-4/11 showed significant antidepressant-like activity at doses of 5 mg/kg, 1,25 mg/kg and 0,625 mg/kg, respectively. Moreover, the compounds GR-1/11, GR-2/11 and GR-4/11 showed anxiolytic-like activity at doses of 20 mg/kg, 2,5 mg/kg and 0,312 mg/kg, respectively. Then, in order to assess a role of 5HT1A receptors in the mechanism of antidepressant and/or anxiolytic action, new arylpiperazines derivatives of theophylline were administered in co-treatment with a 5HT1A receptor antagonist, WAY 100635, then the Porsolt’s and/or the four-plate tests were carried out. The obtained results show that WAY100635 attenuated or reduced antidepressant/anxiolytic activity of compounds tested. Analyzing chemical structure-serotonin receptor affinity-pharmacological properties relationships in the group of theophylline derivatives, it can be noticed, that the introduction of chloride or methoxy substituent in position 2 or 3 of the phenyl ring increased affinity of these compounds for 5-HT1A and 5-HT7 receptors and changing the affinity for 5-HT2A receptor. Moreover, elongation of the alkyl chain linking theophylline with phenylpiperazine moiety increased the affinity for 5-HT1A receptor. The obtained in these paper results indicate that stimulation of 5-HT1A receptors evoked by studied compounds may be responsible for their antidepressant/anxiolytic activity observed in mice. Moreover, compound GR4/11 revealed the most promising activity in preclinical models of depression and anxiety in mice, showing pharmacological effects in the lowest doses. The data available for this compound so far should be corroborated by further studies in rats.