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基于点击化学和优势片段组合库的抗凝血及抗肿瘤先导化合物的发现认领

作者：

郝霞

学位授予单位：

山东大学

摘要：

兼具类药性与多样性的高质量化合物库的构建是药物先导化合物发现中的关键环节。本课题组前期综合基于优势片段的药物分子设计理念、多样性合成策略、模块化反应、微量合成技术,发展了基于点击化学的优势片段组合库的构建与快速筛选技术相结合的方法,具有微量、灵敏、经济、高效的优点,已成为具有广阔应用前景的发现药物先导化合物的新途径。本论文在课题组前期研究的基础上,针对临床常见且严重威胁人类生命健康的心脑血管疾病及致死率极高的恶性肿瘤,选择重要的药物设计靶标(Xa因子、CDC25蛋白磷酸酶),运用基于靶点的优势片段设计,再通过CuAAC点击化学反应平行合成或微量合成构建化合物库,经快速筛选、结构优化发现新颖的药物先导化合物,主要内容分为以下两个部分:(Ⅰ)基于点击化学优势片段组合和快速筛选技术发现新型凝血Xa因子抑制剂近年来在抗凝药物研发中凝血Xa因子(Coagulation Factor Xa,FXa)作为最具潜力的靶点引起了人们的极大关注。虽然目前已有四种新型FXa抑制剂被批准上市,包括利伐沙班(Rivaroxaban)、阿哌沙班(Apixaban),伊度沙班(Edoxaban)和贝曲西班(Betrixaban),但是该类口服凝血Xa因子抑制剂普遍具有肝脏毒性,在其较大剂量给药时会发生剂量依赖性出血,小剂量给药时抗凝效果较差,因此肾功能不全患者应用此类抗凝药物易导致药物蓄积,增加出血风险;针对该类药物可能引起的过度抗凝现象,其解毒剂应运而生,然而目前仅有Andexanet alfa被批准且仅适用于利伐沙班及阿哌沙班相关的危及生命或无控制出血后的治疗,其它口服直接Xa因子抑制剂解毒剂的开发仍在进行中。综上所述,亟需开发更加安全有效且具有多种结构类型的新型FXa抑制剂来供临床选择。本论文第二章我们基于抑制剂与Xa因子的结合模式,对已有的高活性FXa抑制剂进行分析,提取核心优势片段,运用基于靶点的优势片段设计理念和多样性导向合成策略,分别建立了一个含有4个Linker与P4基团相连的优势炔片段库(A1-A4)和一个通过对P1取代基进行修饰而得到的多样性叠氮片段库,并利用CuAAC点击化学反应,微量合成了 Series Ⅰ共52个含1,2,3-三唑结构的目标化合物,经快速筛选发现了 1个苗头化合物分子A1N1。接着对筛选到的优势片段A1进行结构优化,设计合成了 6个优势炔片段(A1、B1-B5),并扩充了叠氮片段的类型,通过CuAAC微量点击化学反应,合成了 Series Ⅱ共54个1,2,3-三唑衍生物,经快速筛选发现了 6个苗头化合物分子A1N1、B1N1、B2N1、B4N1、B5N1、B5N4,其抑酶效果均表现良好(IC50:0.026～4.05 μM),但并未超过阳性药物利伐沙班(IC50=0.05 nM)。在进行Series Ⅱ设计合成的同时,我们以苗头化合物A1N1为先导化合物,结合课题组前期工作成果,利用骨架跃迁和优势片段杂合原理,通过在吲哚骨架的2,3位分别引入P4和P1片段,得到了一系列(Series Ⅲ,含18个目标化合物)吲哚类新型FXa抑制剂,并对该系列FXa抑制剂进行了抑酶活性试验,活性结果显示,Series Ⅲ化合物的活性较弱(IC50:16.45～885.17 μM),且均未超过先导化合物A1N1(IC50=4.05 μM)。然后使用Syby1软件对化合物进行对接模拟分析,探讨了化合物的构效关系,为进一步结构优化提供了参考。(Ⅱ)基于点击化学微量合成与快速筛选技术发现新型CDC25蛋白磷酸酶抑制剂细胞分裂周期蛋白25(Cell Division Cyclin 25,Cdc25)是一种高度保守的双特异性磷酸酶,在细胞周期中发挥着重要的作用,近年来许多研究表明,Cdc25磷酸酶在多种癌症组织中均呈现过表达,因此,CDC25蛋白磷酸酶已成为抗肿瘤药物设计的一个重要靶标,但是到目前为止仍未有基于该靶标的药物上市。为了发现具有更高活性和选择性的CDC25磷酸酶抑制剂,本论文第三章我们在课题组前期工作的基础上,继续以广泛报道的CDC25抑制剂NSC663284、NSC668394、Cpd5为先导化合物,提取其结构中优势的稠环对苯醌结构作为核心骨架并延长了前期筛选得到的优势片段M2的Linker长度得到了炔片段M3,通过CuAAC点击化学微量反应,快速构建了含1,2,3-三唑-1,4-喹啉二酮结构的化合物库(39个目标化合物)。初筛结果显示,化合物M3N6、M3N12、M3N23、M3N21、M3N35均表现出良好的抑酶活性及亚型选择性,具有进一步研究的价值。综上所述,本论文围绕未满足临床需求的抗凝血及抗肿瘤药物,在课题组前期研究基础上,分别以凝血级联反应中的关键凝血酶Xa因子和与肿瘤增殖密切相关的CDC25磷酸酶为药物设计的靶标,运用基于优势片段的合理药物分子设计理念和多样性导向合成策略进行结构设计,并利用模块化反应的微量(平行)合成方法来构建数量较大的化合物库,最后结合快速筛选技术,发现了具有重要开发前景的FXa抑制剂及CDC25磷酸酶抑制剂。

摘要译文

关键词：

抗凝血; Xa因子; CDC25蛋白磷酸酶; 点击化学; 快速筛选

学位年度：

2020

学位类型：

硕士

学科专业：

药物化学

导师：

展鹏

中图分类号：

R914[药物化学]

学科分类号：

100603[中西医结合药学];100701[药物化学];100705[微生物与生物技术药物学]

D O I：

10.27272/d.cnki.gshdu.2020.005189