β-分泌酶抑制劑的設(shè)計(jì)、合成及構(gòu)效關(guān)系研究.pdf

1、阿爾茨海默癥（Alzheimer’s disease, AD）是一種多發(fā)于老年人的慢性退行性神經(jīng)疾病，患者會(huì)出現(xiàn)記憶力下降，認(rèn)知功能障礙等一系列臨床癥狀，生活自理能力變差，由此給家庭及社會(huì)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)。我國(guó)目前即將進(jìn)入老齡化社會(huì)，阿爾茨海默癥正在成為我們醫(yī)療、衛(wèi)生、護(hù)理行業(yè)所面臨的重要挑戰(zhàn)。
　　目前臨床上使用的AD治療藥物（卡巴拉汀、加蘭他敏、多奈哌齊和美金剛）只能改善癥狀，而不能從根本上治愈 AD。根據(jù)β淀粉樣蛋白假說(shuō)，β淀

2、粉樣前體蛋白（βAPP）經(jīng)β分泌酶（BACE1）和γ分泌酶切割產(chǎn)生的多肽片段Aβ具有神經(jīng)毒性并在腦內(nèi)沉積形成老年斑，是AD發(fā)生發(fā)展的重要原因。因此，根據(jù)β–APP被蛋白酶水解產(chǎn)生Aβ多肽的途徑，處于上游的β–分泌酶被普遍認(rèn)為是發(fā)現(xiàn)新型AD治療藥物的靶點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)BACE1抑制劑成為開(kāi)發(fā)新型AD治療藥物的重要策略。
　　本研究在綜合分析文獻(xiàn)中研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，選定能夠通過(guò)血腦屏障的以亞氨基咪唑啉酮為核心結(jié)構(gòu)的弱 BACE1抑制劑（本文中

3、編號(hào)為 I-1）為先導(dǎo)化合物，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，希望新化合物能在保持通過(guò)血腦屏障能力的同時(shí)，增加對(duì)BACE1的抑制活性，得到新型的、能夠通過(guò)血腦屏障的BACE1抑制劑。
　　在分析先導(dǎo)化合物和 BACE1活性位點(diǎn)結(jié)合相互作用的結(jié)構(gòu)特征基礎(chǔ)上，本研究首先設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)類型I、II和III等三類結(jié)構(gòu)的化合物，然后根據(jù)這三類化合物抑制BACE1活性的評(píng)價(jià)結(jié)果，進(jìn)一步進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)類型IV和V兩類化合物。在結(jié)構(gòu)類型I、II和III的B

4、ACE1抑制劑的設(shè)計(jì)中，以先導(dǎo)化合物為基本骨架，融合進(jìn)Rivastigmine、Ladostigil和Selegiline的結(jié)構(gòu)片段的同時(shí)，改變其他取代基團(tuán)的電性和體積，以探索不同特性的取代基對(duì)化合物抑制BACE1活性的影響。通過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)化合物I-6和III-5與先導(dǎo)化合物相比較，活性有較大的提高。在此基礎(chǔ)上，本研究又設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)類型IV和V的BACE1抑制劑，得到了16個(gè)抑制BACE1的IC50值在1μM以下的化合物。
　　對(duì)設(shè)

5、計(jì)的五類結(jié)構(gòu)的化合物進(jìn)行了合成，一共經(jīng)由14條合成路線，成功制備了66個(gè)目標(biāo)化合物。其中，結(jié)構(gòu)類型I的化合物33個(gè)、結(jié)構(gòu)類型II的化合物4個(gè)、結(jié)構(gòu)類型III的化合物5個(gè)、結(jié)構(gòu)類型IV的化合物12個(gè)和結(jié)構(gòu)類型V的化合物12個(gè)。所有這些化合物均為新的化合物，其結(jié)構(gòu)在研究中均經(jīng)過(guò)1H-NMR譜和MS譜的確證。在這些目標(biāo)化合物的合成過(guò)程中，還制備了85個(gè)新的中間體，這些中間體的結(jié)構(gòu)也均由1H-NMR譜確證。
　　利用均相時(shí)間分辨熒光光譜法

6、（HTRF）測(cè)定了所有目標(biāo)化合物抑制BACE1的活性。共有18個(gè)目標(biāo)化合物抑制BACE1的IC50<1μM，這些化合物為：I-6、III-5、IV-5、IV-6、IV-7、IV-8、IV-9、IV-10、IV-11、IV-12和V-1、V-5、V-6、V-7、V-8、V-10、V-11、V-12?；钚宰詈玫幕衔?V-10抑制 BACE1的IC50為84.7nM，較先導(dǎo)化合物提高了84倍。
　　選取III-5、IV-5、IV-10

7、、V-5和V-6五個(gè)目標(biāo)化合物進(jìn)行初步的PK和腦分布研究?？诜o藥小鼠體內(nèi)初步結(jié)果顯示，五個(gè)化合物均能透過(guò) BBB，在靶部位中分布。其中 V-6的吸收代謝性質(zhì)較好，BBB透膜性較好，腦分布量較高，涉及的機(jī)制簡(jiǎn)單，受到其他因素干擾的可能性少，在安全有效性已知的前提下，是代謝性質(zhì)相對(duì)較好的化合物。
　　本研究合成的目標(biāo)化合物均含有一個(gè)手性中心，進(jìn)行活性評(píng)價(jià)的目標(biāo)化合物均為外消旋體。為此，本研究以化合物V-5為模型化合物進(jìn)行了制備單一對(duì)

8、映異構(gòu)體的研究，這項(xiàng)研究為得到其他目標(biāo)化合物的單一對(duì)映異構(gòu)體奠定了基礎(chǔ)。
　　基于本研究以亞氨基咪唑啉酮為核心結(jié)構(gòu)的五種結(jié)構(gòu)類型的目標(biāo)化合物抑制BACE1的活性評(píng)價(jià)結(jié)果，分別對(duì)其抑制BACE1的活性進(jìn)行了構(gòu)效關(guān)系分析，綜合起來(lái)主要如下幾條：① P1′亞氨基咪唑啉酮環(huán)上的胍基=NH基團(tuán)對(duì)保持此類結(jié)構(gòu)的BACE1抑制活性至關(guān)重要；②在P1苯環(huán)間位引入Rivastigmine藥效團(tuán)酚酯結(jié)構(gòu)可以提高化合物抑制抑制 BACE1的活性，而引入

9、 Ladostigil藥效團(tuán)甲基丙炔芐胺片段則對(duì)活性改進(jìn)不大甚至使活性降低；③在分子P1-P3片段引入剛性聯(lián)苯結(jié)構(gòu)對(duì)提高化合物活性具有重要作用；④在 P3片段部分連接有能夠進(jìn)入 S3亞位點(diǎn)（S3sp）合適體積和電性的基團(tuán)，能夠提高化合物抑制 BACE1的活性；⑤丙炔氧基、環(huán)丙乙炔基和1-氟代乙氧基均是能夠與S3亞位點(diǎn)結(jié)合的合適分子片段；⑥ P2′片段為苯環(huán)或環(huán)丙基時(shí)化合物活性水平相當(dāng)，說(shuō)明P2′片段的體積小于苯環(huán)對(duì)活性影響不大，由此也提

10、示該片段可能能夠進(jìn)一步以比環(huán)丙基體積更小的基團(tuán)替代。
　　對(duì)目標(biāo)化合物I-6、III-5、IV-5和V-6的分子與BACE1的結(jié)合方式分別進(jìn)行了對(duì)接模擬研究，該四個(gè)化合物的分子與BACE1結(jié)合的作用模式的共同特征為：①亞氨基咪唑啉酮環(huán)上的胍基=NH基團(tuán)與Asp228及Asp32形成氫鍵作用，這種作用是化合物具有抑制BACE1活性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；②P2′片段的苯環(huán)或環(huán)丙基通過(guò)疏水性作用與S2′位點(diǎn)結(jié)合；③P1片段的苯環(huán)與S1位點(diǎn)發(fā)生疏水