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硝唑尼特抗AD新用途化合物及嘌呤核苷类PDE2抑制剂的设计、合成与活性研究

【摘要】:本论文由两部分组成:第一部分是硝唑尼特抗阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)新用途化合物的设计、合成及活性研究。AD是一种以记忆和认知功能障碍为主的进行性中枢神经系统退行性疾病,AD的两大特征性病变为大脑中出现明显的淀粉样老年斑沉积和神经纤维缠结(Neurofibrillary tangles,NFTs),其中老年斑的主要成分是β样淀粉蛋白(β-amyloid,Aβ)而NFTs是由异常过度磷酸化的Tau蛋白聚集形成的。由于AD复杂的致病机制,临床上仍缺乏能够有效地阻断或延缓AD进程的药物,现有药物仅能改善AD症状且疗效非常有限。越来越多研究表明,自噬功能障碍也可能与包括AD在内的多种神经退行性疾病的发生机制密切相关,通过增强自噬作用能够改善AD症状。本论文通过对我们课题组自建老药库进行筛选,发现了一个老药硝唑尼特能够同时促进Aβ清除和抑制Tau蛋白磷酸化,表明硝唑尼特具有潜在抗AD作用。后续研究发现硝唑尼特通过抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin,mTOR)的磷酸化而抑制自噬起始子Unc-51-like激酶1(Unc-51-likekinase1,ULK1)的757位丝氨酸磷酸化失活,从而促进自噬的发生。我们进一步以硝唑尼特为先导化合物,设计合成了 67个衍生物(A1~A16,B1~B51),对于所有化合物都测试了其对mTOR下游直接底物p70核糖体蛋白S6激酶(p70ribosomal protein S6 kinase,p70S6K)磷酸化的抑制作用。结果显示,在20 μM浓度下抑制率大于75%的化合物有17个,同时,对这17个化合物还进行了透血脑屏障能力测试,大部分化合物均具有较好的血脑屏障渗透性。对于p70S6K磷酸化抑制活性和血脑屏障渗透性较强的化合物B21和B30,通过Western blot实验发现化合物B21能够通过抑制mTOR的磷酸化而抑制ULK1的磷酸化失活,从而增强细胞的自噬水平;而化合物B30虽然对AKT和mTOR的磷酸化有较强的抑制作用,但对ULK1的磷酸化抑制作用不明显而无法确定其是否能增强自噬。体外Aβ清除实验和Tau蛋白磷酸化抑制实验表明,化合物B21能够显著促进Aβ清除,并且能够有效地抑制Tau蛋白多个位点的磷酸化。小鼠体内抗AD活性研究表明,化合物B21能够显著改善APP/PS1双转基因AD模型小鼠的记忆和认知功能损伤,且B21在体外hERG钾通道抑制活性测试中也显示出良好的安全性特征。考虑到化合物B21在动物水平实验上的良好的抗AD活性,本论文发现的化合物B21可以作为新型抗AD临床前候选药物进行更深入的开发。第二部分是嘌呤核苷类磷酸二酯酶二型(Phosphodiesterase 2,PDE2)抑制剂的设计、合成及活性研究。近年来,PDE2已经被认为是治疗中枢神经系统疾病和肺动脉高I压的潜在治疗靶点而受到越来越多的关注。虽然已有许多PDE2抑制剂被报道且有一些抑制剂进入了临床研究阶段,但是目前为止仍没有PDE2抑制剂成功被批准上市。在前期研究中通过对实验室自建老药库进行基于结构的虚拟筛选发现,老药氯法拉滨具有中度PDE2抑制活性(IC50 = 3.12 ± 0.67 μM),并且前期第一轮的结构改造发现了一个PDE2抑制活性较氯法拉滨提高约10倍的化合物22(IC50 =0.32 ± 0.04 μM)。本论文在化合物22的基础上继续进行第二轮的结构改造,设计并合成了 12个化合物(C1~C5、D1~D7),并对所有化合物都进行了 PDE2抑制活性测试。结果显示,有3个化合物的IC50值小于1 μM(C1、C2、C3),且化合物C2具有最强的PDE2抑制活性(IC50 = 0.29 ± 0.03μM)。鉴于化合物C2与22结构上具有一定的相似性,我们以22为例进行分子对接和分子动力学模拟研究,结果显示,化合物22可以与PDE2特有的疏水口袋中残基如Leu770、Thr768、Thr805和Leu809等形成较强的范德华相互作用,从而有利于其PDE2抑制活性的增强。基于以上数据结果,本论文中发现的PDE2抑制剂及构效关系研究为基于结构的PDE2抑制剂的设计提供了新的思路和重要指导。

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