多靶点PPARs激动剂的设计、合成及体外活性评价

发布时间：2020-08-12 02:02

【摘要】：目的:噻唑烷二酮类(TZDs)降糖药是一类作用于PPARγ的胰岛素增敏剂,该药在发挥降糖作用的同时会不可避免地引起患者体重增加、水肿等副作用,从而限制了其在临床上的应用。据文献报道,PPARα/γ双靶点药物可在发挥PPARγ介导的降糖作用的同时,利用其自身激活α亚型所引起的促脂肪酸氧化等作用来减轻PPARγ激动剂固有的副作用。现如今,开发具有降糖作用的PPARs多靶点药物已成为研究机构及制药公司的热点。本论文主要以已知的PPARs激动剂的化学结构为基础,借助计算机辅助药物设计手段,设计并合成新型的、对PPARs具有高亲和力的多靶点激动剂,并对已合成的化合物进行体外活性的研究。方法:(1)根据药物化学中的拼合原理及生物电子等排原理,将苯扎贝特的极性头部和吡格列酮的疏水尾部整合在一个分子中,用不同取代基进行替换,设计出一系列具有潜在激动活性的羧酸类及四氮唑类PPARs激动剂。根据虚拟筛选的结果及实验可行性分析,设计合理的合成路线。以间苯二酚或对苯二酚为起始原料,经过多步反应得到目标化合物,其结构通过核磁共振氢谱、碳谱及质谱进行确证。并采用PPARα/γ/δ活性评价的细胞模型,评价化合物在体外水平激活α、γ、δ亚型的半数有效浓度EC_(50)及效能。(2)借助计算机辅助药物设计方法对Specs数据库进行虚拟筛选,以期得到高效的、具有潜在激动活性的PPARα/γ双靶点化合物。(3)基于替米沙坦所具有的AT_1R阻断活性及PPARγ的激动活性,并以其结构为基础,对结构中的远端的苯并咪唑环、联苯部分及羧酸基团进行修饰或替换。联合应用分子对接、ADMET预测、分子动力学模拟等计算机辅助手段,以期得到同时具有AT_1R阻断活性及PPARγ激动活性的双靶点化合物。结果:(1)本论文根据药物化学中的拼合原理及生物电子等排原理,共设计得到36个目标化合物。通过对虚拟筛选的结果及实验可行性进行分析,最终合成27个化合物,其结构均已通过氢谱、碳谱以及质谱进行确证。体外激活活性发现,通过与PPARs阳性对照化合物比较,初步筛选得到具有PPARα激活作用的化合物6h,具有PPARγ激活作用的化合物6g、10h,以及具有PPARδ激活作用的化合物6e、6l、10l。进而计算得出各自的半数有效浓度EC_(50)值及效能。在活性实验结果的基础上,以分别具有PPARα、PPARγ和PPARδ活性的6h、10h及6e为代表化合物,在加入抗衡离子的水溶液中应用DESMOND软件,对复合物进行了20 ns的分子动力学模拟。模拟结果显示,复合物及配体自身的构象在动力学条件下处于稳定状态;化合物6h、10h及6e分别在PPARα、PPARγ和PPARδ的结合口袋中形成稳定的相互作用。(2)借助计算机辅助药物设计方法对Specs数据库进行虚拟筛选,通过对接研究和ADMET预测等方法得到7个与PPARα和PPARγ结合模式好、药动学特性较优的化合物。以化合物ZINC36517927为代表进行分析,20 ns的分子动力学模拟验证了蛋白-配体复合物在模拟状态下的稳定性。(3)以替米沙坦为结构基础,对其结构进行修饰。通过对接研究及ADMET预测最终得到了10个新型、对接结果及药动学参数更优的候选化合物。对代表化合物91与受体的复合物进行20 ns的分子动力学模拟发现,该化合物在整个动力学模拟过程中保持相对稳定状态。结论:本论文综合利用分子对接、ADMET预测、分子动力学模拟等计算机辅助药物设计方法,设计得到多组具有潜在PPARs激动活性的化合物。对其中一组化合物进行了化学合成,共得到27个目标化合物,其结构均已通过氢谱、碳谱及质谱确证。这些化合物的PPARs体外活性虽然与阳性对照相比有所差距,但相信通过后期的结构优化及体内外药理活性实验,一定会为新型、高效的多靶点PPARs抗糖尿病药物的研发提供更有价值的参考。
【学位授予单位】：天津医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R914;R96
【图文】：

结构特征

根据不同的降糖作用机理而研发出以上几种口服有效的药物，并这些降糖药物对于糖尿病的治疗有着积极作用，但对于一些并发毒性的危险，长期使用会引起水肿、腹泻、低血糖等一系列严重需要研究并开发出新型的降糖作用好、安全系数高的药物。发现，噻唑烷二酮类（TZDs）降糖药是一类作用于过氧化物酶体γ（PPARγ）的胰岛素增敏剂[8]。PPARs（Peroxisome Proliferatos，过氧化物酶体增殖物激活受体）因其在调控脂肪酸氧化、糖脂敏感性方面的显著作用而用于新型降糖药物的开发[9]。通过对已化学修饰或对（天然）药物数据库进行虚拟筛选，得到新型的 P[10, 11]。因此，以 PPARs 为靶点的新型降糖药物的研究极为有价体超家族包括雌激素受体、甲状腺激素受体、视黄酸受体（RA（RXRs）、PPARs 受体。PPARs 属于该家族中的一类配体激活型要参与调节与糖脂代谢、炎症反应等相关基因的表达，并与现代、糖尿病、心血管疾病、动脉粥样硬化等代谢疾病相关[14, 15]。

转录激活,小分子配体,机制,激活作用

赖性的转录激活区域（AF-2）；（5）羧基端的 F 部分的功能还未可知。PPAR 、γ 和三种亚型都具有特定的作用及组织分布，分别由 468、479 基酸残基组成。PPAR 是最早被克隆出的 PPARs 家族成员，主要存在于与的组织中，比如肝脏、骨骼肌、心肌、肾脏组织等，可促进脂肪酸的分解蛋白代谢，降低甘油三酯、提高高密度脂蛋白水平等作用[17, 18]。PPARγ 是的一种亚型，其在多种细胞的增殖与分化过程中起着重要的调节作用，主组织和巨噬细胞中高度表达，同时也存在于肝脏、肾、骨骼肌等组织中，脂肪细胞中脂肪的生成，调节脂肪组织中脂肪酸的积累，进而表明内源Rγ 配体可作为脂肪生成的重要调节剂[19-21]。PPARγ 与脂肪生成、胰岛素敏以及能量代谢密切相关[22]。PPAR 分布广泛、高度表达，是发育和代谢过重要的调节因子。与其他两种类型相同，在体内广泛存在的 PPAR 可与脂花生酸结合，从而表明它与脂肪代谢有关[23, 24]。激活 PPAR 能够增加胆固运、调节脂质和糖类的代谢、控制能量平衡，而达到降脂、抗炎、促进伤提高高密度脂蛋白胆固醇水平、改善动脉粥样硬化的目的[25]。此外，研究R 和小鼠的胚胎移植以及结肠肿瘤细胞的凋亡有着直接关系。

模式图,配体,受体,模式图

图 1.2 代表化合物 6a (A)、6j(B)、10d(C)、10h(D)分别和 PPAR 、PPARγ、PPAR受体活性位点对接模式图（绿色所示为原始配体）1.3 小结本实验将苯氧基烷酸类药物（苯扎贝特）的极性头部和噻唑烷二酮类药物（吡格列酮）的疏水尾部整合在一个分子中，运用药物化学中的拼合原理及生物电子等排原理，共设计了 36 个 PPARs 配体。对接结果表明这些化合物具有较高的对接得分以及与原始配体相似的结合构象，能够与靶点空腔较稳定的结合，从而为新型PPARs 多靶点激动剂类降糖药的研发奠定基础。我们对其中与 PPARs 三个靶点的结合能力强、相互作用与阳性对照相似的化合物进行了进一步的合成，并通过活性实验来进一步验证对接模型及方法的可靠性和准确性，从而寻找出激动活性较高的小分子配体进行研究。

【参考文献】