苯并硫氮雜(艸卓)類GSK3β非ATP競爭抑制劑的設(shè)計、合成和構(gòu)效關(guān)系研究.pdf

1、糖原合成酶激酶3β(Glycogen Synthase Kinase 3β,GSK3β)是一個多功能的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,參與體內(nèi)多種重要的生理活動,是一個理想的疾病治療靶標(biāo)。GSK 3β的小分子抑制劑可望用于治療多種復(fù)雜疾病,如糖尿病、早老性癡呆癥以及癌癥等,正在成為一個新的研究熱點(diǎn)。本課題研究目標(biāo)是在前期虛擬篩選的工作基礎(chǔ)上,尋找非ATP競爭抑制GSK 3β的活性先導(dǎo)化合物,并進(jìn)一步通過計算機(jī)輔助藥物設(shè)計方法設(shè)計并合成相應(yīng)的系列

2、結(jié)構(gòu)衍生物,通過體外酶抑制活性篩選、酶動力學(xué)作用模式評價及構(gòu)效關(guān)系分析,設(shè)計合成具有更高活性和選擇性的GSK 3β非ATP競爭型抑制劑,并初步明確此類抑制劑的構(gòu)效關(guān)系,為進(jìn)一步研究治療糖尿病、早老性癡呆癥等疾病的新型藥物奠定基礎(chǔ)。
　　本文綜述了GSK 3β抑制劑的研究進(jìn)展。目前已報道的GSK 3β小分子抑制劑主要有三類:第一類是Mg2+離子競爭抑制劑,如Li+;第二類是ATP競爭性抑制劑,如馬來酰亞胺類,這類抑制劑活性一般較強(qiáng),

3、但選擇性較差,毒副作用較大;第三類是非ATP競爭選擇性抑制劑,如噻二氮唑二酮(thiadiazolidinone,TDZD)類,這類抑制劑最大的優(yōu)勢就在于具有較高的選擇性,其中一個化合物NP12已進(jìn)入了臨床研究,顯示出了良好的應(yīng)用前景。
　　論文闡述了本課題非ATP競爭型GSK 3β抑制劑先導(dǎo)化合物的獲得和優(yōu)化過程,以及活性篩選結(jié)果。以GSK 3β晶體(PDB code:1UV5)底物結(jié)合區(qū)的關(guān)鍵氨基酸Arg96,Lys205和T

4、yr216構(gòu)建了基于靶點(diǎn)的篩選模型,采用Autodock3.0.5程序?qū)aybridge數(shù)據(jù)庫中5萬個分子進(jìn)行虛擬篩選,得到數(shù)十個命中結(jié)構(gòu),其中打分排名前2,3,4位的化合物具有共同的結(jié)構(gòu)母核苯并[b][1,4]硫氮雜(菒)-4-(5H)酮。通過對該結(jié)構(gòu)母核進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾,設(shè)計合成了6個衍生物;并經(jīng)體外酶活抑制測試,從中發(fā)現(xiàn)了一個中等活性(IC50=47uM)的GSK 3β抑制劑5-芐基-2-(2-呋喃基)-2,3-二氫-苯并[b][1

5、,4]硫氮雜(菒)-4(5H)-酮(CYbc),經(jīng)酶促反應(yīng)動力學(xué)實(shí)驗(yàn)確證為非ATP競爭抑制劑,以其作為先導(dǎo)化合物供進(jìn)一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改造。
　　作者根據(jù)生物電子等排原理和基團(tuán)反轉(zhuǎn)等經(jīng)典藥物結(jié)構(gòu)修飾方法對先導(dǎo)化合物CYbc進(jìn)行了多方面結(jié)構(gòu)改造。設(shè)計了三條合成路線共合成了29個結(jié)構(gòu)衍生物,經(jīng)體外酶活測試,與先導(dǎo)化合物CYbc活性相當(dāng)或有所提高的目標(biāo)物有12個,經(jīng)酶促反應(yīng)動力學(xué)實(shí)驗(yàn)再次證實(shí),這些新結(jié)構(gòu)衍生物對GSK 3β的抑制仍保持為非A

6、TP競爭作用;初步構(gòu)效關(guān)系表明,用苯環(huán)替換先導(dǎo)物CYbc的2位呋喃環(huán)得到的化合物2-苯基-2,3-二氫-苯并[b][1,4]硫氮雜(菒)-4(5H)-酮(HZIIca),及母核七元環(huán)內(nèi)酰胺基團(tuán)進(jìn)行基團(tuán)反轉(zhuǎn)得到的化合物2-苯基-3,4-二氫-苯并[f][1,4]硫氮雜(菒)-5(2H)-酮(HZkca)均保持了較好活性,為進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)衍生提供了良好的空間。進(jìn)一步以上述2-苯基-2,3-二氫-苯并[b][1,4]硫氮雜(菒)-4(5H)-酮

7、和3,4-二氫-苯并[f][1,4]硫氮雜(菒)-5(2H)-酮兩種母核結(jié)構(gòu)為先導(dǎo),進(jìn)行了多種取代基團(tuán)的變換,再設(shè)計合成了43個目標(biāo)化合物,經(jīng)體外活性測試,活性與先導(dǎo)物Hzkca相當(dāng)?shù)幕衔镉?個,活性提高的化合物有10個,酶動力學(xué)實(shí)驗(yàn)也再次證實(shí)此類新結(jié)構(gòu)活性化合物的作用模式仍然保持為非ATP競爭抑制。根據(jù)這些活性數(shù)據(jù)總結(jié)了更進(jìn)一步的構(gòu)效關(guān)系。
　　進(jìn)一步選擇有代表性的活性化合物HZkcd、HZkcj、HZkpa、HZkke和HZ

8、kna與GSK 3β進(jìn)行了分子對接研究,表明化合物的苯環(huán)與與GSK 3β底物作用區(qū)的Phe93有π~π堆積作用,羰基與Arg96形成氫鍵。
　　此外,作者也嘗試采用手性酸對化合物HZkcw進(jìn)行化學(xué)拆分,希望得到光學(xué)異構(gòu)體后經(jīng)重氮化和置換反應(yīng)獲得活性化合物HZkcj的光學(xué)純異構(gòu)體,但拆分未獲成功。
　　本課題共設(shè)計合成了53個中間體及78個目標(biāo)化合物,經(jīng)Scifinder檢索其中97個化合物未見報道。作者建立了基于放射配基標(biāo)記