美普他酚衍生物的AChE抑制劑和鎮(zhèn)痛前藥的設(shè)計(jì)、合成和生物活性.pdf

1、以進(jìn)行性記憶減退和認(rèn)知障礙為特征的阿爾茨海默病(Alzheimer′s Disease，AD)是嚴(yán)重威脅老年人生命健康的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。目前臨床使用的AD治療藥物主要是針對(duì)AD癥狀治療的乙酰膽堿酯酶(Acetylcholinesterase，AChE)抑制劑。新近研究發(fā)現(xiàn)AChE，尤其是其外周陰離子位點(diǎn)(peripheral anionic sites，PAS)，還參與加速Ap沉積的AD病理過(guò)程。同時(shí)作用于催化位點(diǎn)和PAS的AChE

2、抑制劑，不僅能提高突觸間ACh水平，減輕AD病人的癥狀；還能抑制AB沉積，干預(yù)AD的病理過(guò)程，產(chǎn)生疾病修飾作用。 美普他酚(meptazinol，MEP)是一個(gè)以外消旋體上市的作用于阿片受體的鎮(zhèn)痛藥，成癮性低。其左旋體被發(fā)現(xiàn)具有中等強(qiáng)度的AChE抑制活性。本論文從(-)-美普他酚與 TcAChE 之間作用模式的研究出發(fā)，運(yùn)用分子對(duì)接和基于藥效團(tuán)模型等計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)手段，設(shè)計(jì)和合成了多個(gè)系列美普他酚和(-)-美普他酚衍生物、取

3、代氨基甲酸酯類(lèi)似物以及(-)-N-去甲基美普他酚雙配基系列化合物。為改善美普他酚的口服生物利用度，我們合成一種酯酶敏感的香豆素類(lèi)美普他酚酯前體藥物，并建立苯甲酸類(lèi)美普他酚酯前體藥物的RP-HPLC含量測(cè)定方法。 1．(-)-美普他酚與TcAChE結(jié)合模式的分子對(duì)接研究通過(guò)比較兩種常用分子對(duì)接方法FlexX和GOLD，我們建立一種可靠的、適用于AChE抑制劑結(jié)合模式研究的GOLD分子對(duì)接算法。GOLD算法比FlexX能更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)

4、晶體結(jié)構(gòu)已知的復(fù)合物中配體的結(jié)合構(gòu)象(RMSD<1.5 A)，而且打分函數(shù)評(píng)分的高低與活性值之間具有一定的相關(guān)性。 運(yùn)用建立的GOLD方法比較(-)-和(+)-美普他酚分別在三種不同構(gòu)象的TcAChE中的得分高低和作用力差異，闡明了(-)-和(+)-美普他酚與TcAChE的結(jié)合模式。(-)-美普他酚以一種開(kāi)放式構(gòu)象與AChE催化位點(diǎn)形成良好的疏水和氫鍵作用；而(+)-美普他酚可能因?yàn)槿狈σ粋€(gè)關(guān)鍵的氫鍵作用而活性大大降低。這是國(guó)內(nèi)

5、外首次對(duì)美普他酚與AChE的作用模式進(jìn)行探討，研究結(jié)果為(-)-美普他酚衍生物的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和AChE 抑制劑的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)和參考。 2．美普他酚氮雜草環(huán)的結(jié)構(gòu)改造和優(yōu)化對(duì)先導(dǎo)化合物美普他酚的氮雜革環(huán)上1-N位和4-位進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造。在(-)-美普他酚的1-N位上進(jìn)行N-去甲基N-烷氧羰基取代；在美普他酚的4-位上引入羥基、氨基、胍基等極性基團(tuán)；利用Beckmann重排反應(yīng)制備含有八員環(huán)的新穎結(jié)構(gòu)衍生物，考察不同位置引入氫鍵供體和受

6、體對(duì)AChE抑制活性的影響。我們共合成中間體和目標(biāo)化合物33個(gè)，其中目標(biāo)化合物10個(gè)，中間體18個(gè)，意外產(chǎn)物5個(gè)。所合成化合物中25個(gè)為新化合物。對(duì)于Beckmann重排反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)的異常重排產(chǎn)物，進(jìn)行了形成機(jī)理的深入探討。初步藥理結(jié)果顯示，N-去甲基對(duì)活性影響不大，4-位堿性基團(tuán)取代使活性增強(qiáng)，而 1-N 位烷氧?；〈a(chǎn)物和Beckmann重排產(chǎn)物的活性均大大降低。上述結(jié)果表明1-N 位可質(zhì)子化氮原子對(duì)活性非常重要，它能與AChE發(fā)生

7、陽(yáng)離子-π相互作用；八員環(huán)骨架可能因與AChE發(fā)生不利的立體碰撞而導(dǎo)致活性下降；4-位堿性基團(tuán)的引入有利于活性的提高，可能也與陽(yáng)離子-π相互作用有關(guān)，其中4-氨基美普他酚(23)和4-胍基美普他酚甲醚(25)的活性均強(qiáng)于美普他酚(1)。 3．(-)-N-去甲基美普他酚雙配基的設(shè)計(jì)、合成、生物活性和分子模擬根據(jù)(-)-美普他酚與AChE的作用特點(diǎn)，設(shè)計(jì)與合成了11個(gè)以不同長(zhǎng)度(n=2-12)鏈烴通過(guò)仲氮原子連接的(-)-N-去甲基

8、美普他酚雙配基(40 a-k)。體外AChE和BChE抑制活性試驗(yàn)結(jié)果顯示，AChE抑制強(qiáng)度與連接鏈長(zhǎng)密切相關(guān)，而連接鏈長(zhǎng)對(duì)BChE抑制活性則影響不大。通過(guò)比較AChE和BChE的晶體結(jié)構(gòu)，我們發(fā)現(xiàn)造成上述結(jié)果的原因在于，BChE活性位點(diǎn)多個(gè)芳香性氨基酸殘基被脂肪族氨基酸取代，導(dǎo)致酶活性口袋擴(kuò)大和PAS位點(diǎn)缺失。 活性最強(qiáng)的化合物(40h)對(duì)AChE(IC<,50>=3.9 nM)，的抑制活性，比單體藥物(-)-美普他酚和上市藥

9、物利斯的明分別提高10,000倍和1400倍；對(duì)BChE(IC<,50>=10 nM)的抑制也相應(yīng)有1500倍和150倍的提高。進(jìn)一步的分子模擬研究揭示了(40h)與AChE和BChE的作用模式及其差別。(40h)能同時(shí)作用于AChE的催化位點(diǎn)和外周陰離子位點(diǎn)，與芳香性氨基酸殘基Trp86和Trp286形成π-π疏水堆積作用和陽(yáng)離子-π相互作用。而在BChE活性口袋中，(40h)以扭曲方式與脂肪族氨基酸殘基作用。 在抗Aβ聚集試

10、驗(yàn)中，(40h)能夠有效的抑制AChE誘導(dǎo)的Aβ聚集，比對(duì)照藥物碘化丙啶強(qiáng)兩倍；同時(shí)在體內(nèi)抗癡呆試驗(yàn)中，(40h)能夠改善東莨菪堿引起的記憶缺損，比現(xiàn)有藥物利斯的明強(qiáng)400倍。由此可見(jiàn)，(40h)是一個(gè)很有前途的候選藥物，具有開(kāi)發(fā)前景，有望成為具有疾病修飾作用的創(chuàng)新藥物。 4．基于藥效基團(tuán)模型設(shè)計(jì)美普他酚氨基甲酸酯類(lèi)衍生物用 Catalyst/HypoGen 方法，以毒扁豆堿和利斯的明等氨基甲酸酯類(lèi)AChE抑制劑為訓(xùn)練集構(gòu)建藥效

11、基團(tuán)模型。所得模型包含四個(gè)重要化學(xué)特征：一個(gè)氫鍵受體、一個(gè)芳環(huán)平面，一個(gè)疏水中心和一個(gè)正電可離子化中心。經(jīng)生物活性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該模型具有很好的活性預(yù)測(cè)能力。 以建立的藥效基團(tuán)模型對(duì)設(shè)計(jì)的美普他酚氨基甲酸酯類(lèi)衍生物進(jìn)行活性預(yù)測(cè)，挑選預(yù)測(cè)活性較好的化合物進(jìn)行合成和藥理篩選。所選化合物對(duì)AChE和BChE均有很強(qiáng)的抑制活性，超過(guò)現(xiàn)有藥物利斯的明。活性最強(qiáng)的(-)-美普他酚二甲氨基甲酸酯(83)對(duì)AChE和BChE的抑制活性比利斯的明分別

12、提高787倍和500倍。(-)-美普他酚苯氨基甲酸酯(84)盡管活性稍低，但膽堿能毒性也比(83)有所降低，安全性更好。(-)-美普他酚氨基甲酸酯類(lèi)衍生物(83)和(84)是新型強(qiáng)效的AChE抑制劑，值得作為新藥開(kāi)發(fā)。進(jìn)一步的體內(nèi)抗癡呆試驗(yàn)正在進(jìn)行中。 5．美普他酚前體藥物的研究美普他酚與多數(shù)含酚羥基的藥物類(lèi)似，在肝臟中代謝，首過(guò)效應(yīng)嚴(yán)重?？诜锢枚戎挥?.699％，臨床應(yīng)用受限。為防止體內(nèi)代謝，我們利用一種酯酶敏感的基于

13、香豆素的前藥系統(tǒng)來(lái)掩蔽美普他酚的酚羥基，設(shè)計(jì)和合成前體藥物美普他酚鄰丙酰氧基-順-苯丙烯酸酯(94)。藥代動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，該前體藥物口服生物利用度比原藥美普他酚提高 4 倍，首過(guò)效應(yīng)明顯降低?？勺鳛?1-(3)類(lèi)新藥進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。 建立一種反相高效液相色譜(RP-HPLC)-紫外檢測(cè)的分析方法測(cè)定美普他酚(2-氨基-6-甲基)-苯甲酸酯(97)鹽酸鹽的含量。此方法靈敏度和準(zhǔn)確性高，可以用于含量測(cè)定和質(zhì)量控制。 全文共合成

14、中間體和目標(biāo)化合物57個(gè)，其中目標(biāo)化合物24個(gè)，中間體26個(gè)，意外產(chǎn)物7個(gè)。其中39個(gè)為未見(jiàn)報(bào)道的新化合物。運(yùn)用分子對(duì)接方法，建立小分子抑制劑與AChE結(jié)合模式研究的評(píng)價(jià)體系，具有一定的可靠性和精確度。構(gòu)建具有較好預(yù)測(cè)能力的氨基甲酸酯類(lèi)AChE抑制劑的藥效基團(tuán)模型，可用于三維數(shù)據(jù)庫(kù)搜索，發(fā)現(xiàn)新的先導(dǎo)化合物。發(fā)現(xiàn)2類(lèi)具有開(kāi)發(fā)前景的AChE抑制劑類(lèi)AD候選藥物。其中一類(lèi)為(-)-N-去甲基美普他酚雙配基(40h)，另一類(lèi)為(-)-美普他酚二