以三氟乙胺基为P2-P3连接基团的肼腈类组织蛋白酶K抑制剂的合成、酶活和细胞毒性测试以及分子对接研究

作     者：王兴鹏 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴玉清

授予年度：2015年

学科分类：1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 07[理学] 070303[理学-有机化学] 0703[理学-化学] 10[医学] 100701[医学-药物化学] 

主      题：骨质疏松症 组织蛋白酶K 抑制剂 P2-P3连接基团 三氟乙胺基 酶活测试 细胞毒性测试 分子对接 

摘      要：在中老年人群中，骨质疏松症是一种常见和高发的骨疾病。由于骨骼的密度和强度显著下降，骨脆性增加，骨质疏松症患者易发生骨折，导致的发病率和死亡率很高。因此，骨质疏松症给患者本人造成了很大的痛苦，严重地影响着高龄人群的健康和寿命。随着人的寿命逐渐延长，人口的老龄化加重，老年人在整个人口所占比例呈上升趋势，因而骨质疏松的发生率呈现只曾不减的趋势，骨质疏松症已经成为世界范围内一个是值得关注的健康问题和社会问题。 组织蛋白酶K是破骨细胞内溶骨活性最强的半胱氨酸蛋白酶，能够水解骨基质内的Ⅰ型胶原蛋白，骨桥接素和骨连接素，导致骨吸收的发生。利用抑制剂适当降低和减弱体内组织蛋白酶K的溶骨作用，可以减少骨的流失，维持骨重塑的平衡，对骨质疏松症的治疗将十分有效。 之前本研究小组合成了一系列以酰胺基为P2-P3连接基团的肼腈类抑制剂，该系列抑制剂对组织蛋白酶K的具有非常高的抑制性能，但存在选择性较低以及潜在的代谢不稳定的不足。 本论文中，在本组之前报道抑制剂的结构基础上，在P2-P3连接部位利用三氟乙胺基取代酰胺基，获得了新的分子骨架结构。此外，我们合成了具有不同P3位基团的化合物，进一步探索了P3位不同的情况下，三氟乙胺连接基团对抑制剂性质的影响。实验结果显示，P3位基团不同，三氟乙胺替代酰胺基对抑制剂性质的影响也不同。当P3位是对溴苯甲基和二连苯基时，三氟乙胺替代酰胺基对提高化合物对组织蛋白酶K的抑制性和选择性没有明显作用;当P3位是体积较大的对三联苯基时，三氟乙胺化合物3对K酶的抑制能力(Ki=0.116nM)强于酰胺化合物3对K酶的抑制(Ki=0.124nM)，其次，化合物3对非靶标酶（L，S和B酶）的抑制能力比化合物3的能力降低了4.0到9.3倍。因而，当P3位是对三联苯基时，三氟乙胺基替代酰胺基，既能提高化合物对组织蛋白酶K抑制效果又能降低对非靶标酶的抑制效果，从两方面提高了化合物对组织蛋白酶K的选择性。 此外，我们还利用MTT比色方法开展了化合物对类成骨细胞和鼠平滑肌细胞的存活率影响的测试，结果表明该类抑制剂在微摩尔浓度范围内对这两类细胞没有毒性。 最后，利用分子对接的方法，探索了化合物结构和功效的关系。当P3位是对溴苯甲基和二连苯基时，抑制剂和组织蛋白酶K的结合方式为：P2位基团在S2口袋内，P3位基团在S3口袋内。三氟乙胺类抑制剂的P2-P3连接基团的亚胺与组织蛋白酶K的Gly66主链羰基之间的氢键比酰胺化合物与酶对应的氢键强度弱，该氢键强度的减弱很大程度上降低了抑制剂和酶的结合力;当P3位是体积较大的对三联苯基时，由于S3口袋长度有限，P2位基团在S1内，P3位基团在与S3垂直的宽口袋内。P2-P3连接基团和组织蛋白酶K之间没有形成氢键，但三氟乙胺基的立体结构使得P3位母体环和组织蛋白酶K形成更有利的堆积作用，从而使三氟乙胺化合物3结合组织蛋白酶K的能力强于酰胺化合物3的能力。 分子对接较为详细地揭示了不同的P3位基团和P2-P3连接基团的替换对抑制剂和酶结合方式的影响及结构和效能关系，这为我们后续进一步优化抑制剂结构，设计性能更好的抑制剂指明了方向。