基于几种重要疾病靶标的药物设计、合成以及药理活性研究

论文摘要

本论文综合运用计算机虚拟筛选技术和传统的药物化学设计策略，针对β-淀粉样蛋白（β-alnyloid peptide，Aβ）、乙酰胆碱酯酶（Acetylcholinesterase，AChE）和5-脂氧酶（5-Lipoxygenase，5-LOX）等靶标进行药物分子设计、合成以及药理活性测试等研究工作，以寻找新型的阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease，AD）和5-LOX代谢产物相关疾病的治疗药物。Aβ肽通常以无规则卷曲、α-螺旋或β-折叠的混合构象存在，这就使得人们很难基于Aβ肽的3D结构去设计小分子抑制剂。我们运用分子动力学模拟Aβ肽的过渡态构象，确定Aβ肽的C-端β-折叠区域作为抑制剂设计的靶点，构建了Aβ聚集抑制剂的筛选模型，对SPECS商用数据库中的278,000个化合物进行筛选，经过一系列的打分函数评价，最终选取并购买了125个具有良好预测药代动力学和较低毒性的化合物进行初步的药理活性测试。其中化合物A1和A39表现出较好的抑制AB聚集的活性，IC+（50）值分别为4．94mM和11．92 mM。在此基础上，我们以化合物A1和A39为模板化合物，对其进行进一步的结构优化，合成了43个结构新颖的化合物（A1-A43），并分别测试了这些化合物对Aβ聚集的抑制活性。基于模板化合物A1的衍生物A19和A32表现出强效的抑制活性，其中化合物A32的抑制活性(IC50=0．41 mM)是A1的10倍。而基于模板化合物A39的衍生物A40、A41和A42也表现出较强的抑制活性，IC50值分别为0．94 mM、0．21 mM和0．19 mM。AD是一种多因性的神经退行性疾病，单一靶标的治疗不能有效阻止神经性退化。因此，设计能够与AD病理过程中多个靶点同时作用的化合物成为更加合理的选择。在论文第二章中，我们采用“分子杂交”的手段，将已报道的强效AChE抑制剂和我们以前研究发现的具有强效抑制Aβ聚集活性的化合物的药效团通过“点击化学（Click-chemistry）”的方法进行拼合，设计并合成了46个结构新颖的分子。在所测定的9个化合物中，有7个化合物表现出强效的抑制AB聚集的活性，均比阳性对照化合物（DC-AB1）强，其中B41、B44和B45的抑制活性比DC-AB1高出近50倍，IC50值分别为0．18 mM、0．17 mM和0．19 mM。而其余化合物对Aβ聚集的抑制活性和所有化合物对AChE抑制话性测试，以及对AChE诱导的Aβ聚集的抑制活性的测试还在进行中。5-LOX是AA代谢成各种LTs炎症介质的关键性酶。首先，我们对5-LOX抑制剂的现状进行了简单的综述。然后，运用传统的药物化学设计策略，结合同源模建的5-LOX三维活性口袋的特点，设计并合成了一系列的吡唑类的结构新颖的目标分子。并通过测定它们在离体大鼠中性粒细胞（PMNL）和人全血（HWB）模型中对LTB4释放的抑制作用来评价它们对5-LOX潜在的抑制活性。药理活性测试结果显示，在PMNL测试中有9个化合物（C3、C5、C7、C10、C11、C16、C17、C20和C23）对LTB4释放的抑制作用均强于阳性对照药齐留通；而在HWB测试中，化合物C5、C7、C16、C17、C20显示出比齐留通更优的抑制活性，其中化合物C16活性最强，其IC50值达到0．94μM(齐留通IC50为4．87μM)。在论文的第四章中，我们基于同源模建的5-LOX三维结构，构建了5-LOX抑制剂筛选模型，对SPECS商用数据库中的278,000个化合物进行筛选，经过一系列的打分函数评价，最终选取并购买了32个具有良好预测药代动力学和较低毒性的化合物进行初步的药理活性测试。其中化合物D1在PMNL和HWB测试模型中均表现出强效潜在5-LOX的抑制活性(IC50分别为0．97μM和30．89μM)。在此基础上，我们以化合物D1为模板化合物，对其进行进一步的结构优化，合成了一系列结构新颖的嘧啶类化合物，并分别测试了这些化合物对5-LOX的潜在抑制活性。药理测试结果显示，在PMNL测试中3个化合物（D1、D2、D6）表现出比阳性对照药齐留通更强的活性；在HWB测试中，化合物D1、D2和D6也分别表现出很好的抑制活性。另外，基于同源模建的5-LOX活性口袋，分别运用Gold和Autodock分子对接程序对上述两类化合物进行了分子对接实验，结果很好的解释了两类化合物对5-LOX的抑制活性的构效关系，为进一步的结构修饰提供了理论支持。我们在合成Cyclophilin A免疫性抑制剂的过程中，发现用Sn／浓盐酸体系还原2-（3-氯苯基）-4-硝基喹啉时并没有得到目标化合物2-（3-氯苯基）-4-氨基喹啉，经1H NMR和MS等手段确证产物为脱去硝基的2-（3-氯苯基）-喹啉。为了考察此特殊反应的适用范围，我们合成了14个取代-4-硝基喹啉类底物进行考察，获得了一致结果；并根据相关实验结果提出一个可能的反应机理。该研究成果发表的Tetrahedron Letter杂志上。近年来高致病性H5N1禽流感病毒感染爆发，并已威胁到人类的健康。在此背景下，我们展开了抗禽流感药物Zanamivir合成工艺的研究工作。以N-乙酰神经氨酸作为起始原料，经过酯化、酰化、成环、开环、叠氮化、还原、水解，以及AIMSA取代等8步反应，最后制备扎那米韦。产物经1H NMR、13C NMR、LR-MS、HR-MS、元素分析和X-晶体衍射予以确证。总收率为10．1％。综上所述，通过综合运用计算机虚拟筛选、分子对接技术、传统药物化学设计策略、以及药理活性测试，我们针对三种不同药物靶标，共设计并合成了123个结构新颖的化合物进行相关的药理活性测试，其中一些化合物表现出强效的药理活性，为进一步开发具有自主知识产权的新药打下了较好的基础。

论文目录

• 目录
• 缩略词表
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 Aβ聚集抑制剂的设计、合成与药理活性研究
• 1.1 研究背景及进展
• 1.1.1 Aβ的产生
• 1.1.2 Aβ聚集与AD
• 1.1.3 肽类和拟肽类Aβ聚集抑制剂的研究进展
• 1.1.4 小分子类Aβ聚集抑制剂的研究进展
• 1.1.5 展望
• 1.2 基于虚拟筛选和硫磺素T荧光法发现Aβ聚集抑制剂
• 1.2.1 计算机虚拟筛选
• 1.2.2 抑制Aβ聚集的活性小分子确定
• 1.3 Aβ聚集抑制剂及其衍生物的设计与合成
• 1.4 Aβ聚集抑制剂的药理活性研究
• 1.5 结果与初步构效关系讨论
• 1.6 本章小结
• 1.7 实验部分
• 1.7.1 化学实验部分
• 1.7.2 药理实验部分
• 参考文献
• 第二章 AChE/Aβ聚集双重抑制剂的设计、合成和药理活性研究
• 2.1 研究背景及进展
• 2.1.1 AChE与Aβ沉积的关系
• 2.1.2 靶向AChE与Aβ聚集双重抑制剂的研究进展
• 2.2 靶向AChE/Aβ聚集双重抑制剂的设计
• 2.3 靶向AChE/Aβ聚集双重抑制剂的合成
• 2.4 靶向AChE/Aβ聚集双重抑制剂的药理活性研究
• 2.4.1 抑制Aβ聚集的药理活性研究
• 2.4.2 抑制AChE的药理活性研究
• 2.4.3 抑制AChE诱导的Aβ聚集的药理活性研究
• 2.5 结果与讨论
• 2.6 本章小结
• 2.7 实验部分
• 参考文献
• 第三章 吡唑类化合物的设计、合成与潜在5-LOX抑制活性评价
• 3.1 研究背景及进展
• 3.1.1 5-LOX代谢通路与相关疾病
• 3.1.2 5-LOX抑制剂的研究进展
• 3.2 吡唑类5-LOX抑制剂的设计
• 3.3 吡唑类5-LOX抑制剂的合成
• 3.4 吡唑类化合物的药理活性评价
• 3.5 计算机模拟研究
• 3.5.1 5-LOX活性位点
• 3.5.2 分子对接实验
• 3.6 结果与初步构效关系讨论
• 3.7 本章小结
• 3.8 实验部分
• 3.8.1 化学实验部分
• 3.8.2 药理实验部分
• 参考文献
• 第四章 嘧啶类化合物的设计、合成与潜在5-LOX抑制活性评价
• 4.1 前言
• 4.2 基于虚拟筛选发现具有潜在5-LOX抑制活性的分子
• 4.2.1 计算机虚拟筛选
• 4.2.2 抑制5-LOX的活性小分子确定
• 4.3 嘧啶类化合物的设计与合成
• 4.4 吡唑类衍生物的潜在5-LOX抑制活性评价
• 4.5 计算机模拟研究
• 4.5.1 5-LOX活性位点
• 4.5.2 分子对接实验
• 4.6 结果与讨论
• 4.7 本章小结
• 4.8 实验部分
• 参考文献
• 第五章 Sn/浓盐酸还原硝基喹啉类化合物的方法学研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验设计
• 5.3 结果与讨论
• 5.4 初步反应机理探讨
• 5.5 本章小结
• 5.6 实验部分
• 参考文献
• 第六章 抗禽流感药物Zanamivir合成工艺研究
• 6.1 前言
• 6.2 药物扎那米韦的工艺路线设计
• 6.3 实验部分
• 参考文献
• 全文总结
• 发表和拟发表文章
• 申请专利
• 获奖
• 致谢
• 附录
• 附图