多巴胺D3受体选择性拮抗剂的设计与合成

论文摘要

多巴胺受体分为5个亚型,包括D1、D2、D3、D4以及D5,其中,多巴胺D3受体（D3R）主要分布在与情感、认知密切相关的边缘脑区,是精神分裂症、帕金森氏症、运动障碍及药物成瘾等相关疾病的潜在治疗靶点,高亲和力和高选择性D3R配体的研究是药物研究热点之一。一些具有较高亲和力和选择性的D3R配体,例如,BP 897、NGB 2904、SB-277011-A等已完成了临床前研究,初步显示以D3R为靶点治疗相关疾病的功效和优势。然而,现有选择性D3R配体普遍存在水溶性差、生物利用度不高的缺点,结合药理实验和新药研发需要,本论文设计合成了一系列具有自主知识产权的高亲和力和选择性且类药性较好的D3R拮抗剂。本论文研究工作和结果如下:1.本课题以已报道的18个具有较高亲和力和选择性的D3R配体为基础,建立了D3R选择性配体的药效团模型,模型表明该类化合物共有的药效特征包括头尾2个芳环作用端（A与B）、1个氢键受体及1个质子化氮作用中心,其中,芳环A与B之间距离约10?。在此基础上,我们将该药效特征作为D3R定向库设计的限定条件,以期提高筛选命中率。同时,考虑“类药性”改善是当前D3R拮抗剂研究的重要方向,在组合库设计过程中,我们以“优势结构方法”（Privileged Structure Approach）为指导,在芳环A端选择“类药性”极佳的苯并噁（噻）唑啉-2-酮类作为构建单元。此外,在保证重要药效特征的基础上,还选择了4-羟基-喹啉、喹啉和二茂铁类作为芳环A端的构建单元。芳环B端首次选择了已商品化的1-（5-氯-2-甲基-苯基）哌嗪作为构建单元。中间连接链结构相对保守,主要选择易于合成的四亚甲基,并在其中引入了顺式、反式双键作为空间限制以考察空间构型改变对化合物活性的影响。2.在合成路线设计和方法选择中,我们主要以定向多样性合成（Diversity-Oriented Synthesis）策略为指导,以期通过单一反应实现多个目标化合物的衍生合成,从而提高合成效率和组合库分子的多样性。本研究完成了苯并噁（噻）唑啉-2-酮、羟基-喹啉、喹啉和二茂铁4个系列目标化合物的合成工作,共得到37个全新目标化合物,结构经核磁共振（1H NMR,13C NMR和1D NOESY）、质谱（MS）、红外光谱（IR）确证,HPLC对其纯度进行了分析,所有化合物纯度达98%以上。CA网络版（SciFinder）检索证实为新化合物,已对“系列4”苯并噁（噻）唑啉-2-酮类化合物申请专利保护（专利申请号:200810167089.5）。3.油水分配系数（LogP）是反映化合物水（脂）溶性大小的重要参数,针对现有多巴胺D3受体选择性配体水溶性差、生物利用度不高的缺点,本课题在D3R选择性拮抗剂的设计过程中,着重强调目标化合物水溶性的提高。因此,建立快速、可靠的实验方法以对目标化合物LogP值进行早期、快速、可靠的测定对指导后期化合物的设计与优化具有重要意义。本研究根据“非经典”阴离子对试剂—三氟乙酸的特殊性质,建立了一种反相离子对色谱方法（RP-IPC）,该方法测定范围广,满足了结构中同时含有碱性可质子化氮原子和酸性酰胺官能团的目标化合物测定要求,并成功应用于计算方法不能预测的二茂铁类化合物LogP值快速测定。测定结果显示,除“系列3”二茂铁甲酰胺衍生物“类药性”较差（LogP>5）,其余3个系列化合物LogP值均在2-5范围内。4.在D3R和D2R百分抑制率初步筛选基础上,以稳定转染的D3R-CHO和D2R-HEK-293细胞株为载体,通过放射性配体（[3H]spiperone）竞争结合实验,分别测定了目标化合物对D3R、D2R的亲和力和选择性。结果表明,“系列4”中所测定化合物大部分显示极佳的D3R亲和力（Ki,D3R）和选择性（Rs=Ki,D2R/Ki,D3R）,其中2个化合物Y-QA14和Y-QA33对D3R具有皮摩尔级亲和力和选择性,远远高于所有已报道亲和力和选择性最高的化合物。Y-QA14对D3受体Ki值为5.2×10-5 nM,对D2受体Ki值为134.5 nM,Rs=2.58×106;Y-QA33对D3R、D2R的亲和力和选择性分别为8.25×10-5 nM,3.063 nM和3.7×104,远远高于阳性对照NGB 2904（Ki,D3R=1.26 nM,Ki,D2R =149.2 nM;Rs= 118）。值得注意的是,Y-QA14和Y-QA33均显示对D3R具有高、低两个亲合位点,药理功能性实验研究表明,Y-QA14可以剂量依赖的拮抗激动剂喹吡罗（Quinpirole,10μM）的激动活性,为D3R选择性拮抗剂,且拮抗作用主要对应于高亲和力位点。5.药效学评价方面,考察了Y-QA14对小鼠条件性位置偏爱的影响,在吗啡点燃的小鼠条件性位置偏爱实验中,与盐水组相比,YQA14在0.1mg/kg和5mg/kg两个剂量时可以显著对抗吗啡点燃的条件位置偏爱的重现（*P<0.01）,表明YQA14对吗啡造成的精神依赖有确定的抑制作用。6.重点对“系列4”苯并噁（噻）唑啉-2-酮类化合物进行了初步的构效关系分析,结合同源模建和分子对接研究,对得到的活性筛选数据进行了合理性的阐述,结果表明构效关系和分子对接模拟对部分活性筛选结果的阐述具有一定的一致性。在两者联合应用下,确定了该类化合物结构中一个重要的活性官能团（内酰胺）,分别在受体结合水平和配体电性特征方面对其进行了较为详细的分析和讨论。此外,确定了该系列化合物以反式构型或自由度较大的直链烷烃作为连接部分对保持高亲和力和选择性有利。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 D3R 分布、信号转导途径
• 1.2 D3R 结构特征
• 1.3 D3R 与疾病治疗
• 1.4 选择性D3R 拮抗剂结构特点
• 1.5 选择性D3R 拮抗剂与受体结合模式
• 第二章 选择性D3R 拮抗剂组合库设计
• 2.1 药效团模型建立
• 2.2 组合库设计
• 第三章 组合库的合成
• 3.1 合成策略
• 3.2 组合库合成
• 3.3 结构解析和纯度分析
• 3.4 油水分配系数（LOGP）测定
• 3.5 实验部分
• 第四章 选择性多巴胺D3 受体拮抗剂药理学研究
• 4.1 系列化合物对D3R/D2R 选择性初步筛选
• 4.2 化合物对D3R、D2R 的亲和力测定（KI 值）
• 4.3 化合物Y-QA14 药理功能活性的评价
• 4.4 药效学评价—条件性位置偏爱实验
• 小结
• 第五章 构效关系和分子对接研究
• 5.1 构效关系
• 5.2 同源模建和分子对接
• 小结
• 结语
• 致谢
• 参考文献
• 附图
• 附件：专利、个人简历