新型含噻吩片段的非肽基-非共价组织蛋白酶C抑制剂：设计、合成和抗炎活性评价

作     者：张照燕 

作者单位：安徽医科大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘新华

授予年度：2022年

学科分类：1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 1006[医学-中西医结合] 10[医学] 100602[医学-中西医结合临床] 100701[医学-药物化学] 

主      题：组织蛋白酶C 组织蛋白酶C抑制剂 炎症性疾病 药物设计 急性肺损伤 

摘      要：组织蛋白酶C(Cat C)是一种重要的半胱氨酸蛋白酶,它通过从中性粒细胞丝氨酸蛋白酶(NSPs)酶原的N末端切割二肽部分来激活炎症相关的NSPs。NSPs由多形核中性粒细胞(PMN)分泌并作为先天免疫机制的一部分。然而,活性NSPs的过度分泌和活化会导致组织损伤和炎症。由于NSPs相关炎症性疾病下的器官损伤由多种NSP蛋白酶介导,早期抑制单一NSP并非有效的手段,后面即使开发出靶向多种NSPs的抑制剂也因为多因素叠加影响难以成功。因此,与针对单个NSP的高选择性小分子抑制剂相比,在骨髓中性粒细胞成熟的早幼粒细胞阶段,通过针对靶标Cat C来阻断NSPs上游成熟酶,能够更好的抑制NSPs活性水平。然而现有的Cat C抑制剂以肽基-共价抑制剂为标准,但亲电“弹头结构的高反应特性会导致选择性差和随后的脱靶效应,肽基骨架则会带来代谢缺陷。因此,我们希望开发出新一代“非肽基-非共价Cat C抑制剂。本研究基于之前报道的非肽基-非共价Cat C抑制剂,以其中的化合物77(IC=57.2 n M,HLM CL=9.4)为起点,经过基于结构的药物设计和构效关系(SAR)研究,我们得到一种具有独特噻吩结构的新型Cat C抑制剂化合物SF38,其对Cat C表现出很强的抑制作用(IC=59.9 n M),具有较好的体外代谢稳定性(HLM CL=6.3)。使用Discovery Studio2018 R2中的CDOCKER模块将化合物SF38与Cat C进行对接分析,显示化合物SF38与化合物77结合模式类似,与Cat C的S1与S2区域氨基酸残基形成多种相互作用。细胞热位移分析实验表明化合物SF38以浓度依赖性方式提高了靶标Cat C蛋白质对温度的耐受性。急性毒性研究发现,在SF38单次给药1500 mg/kg后7天内,未观察到小鼠出现显著的体重减轻或毒性反应。此外,H&E染色也未观察到不同组织(心脏、肝脏、脾脏、肺和肾脏)的病理变化,进而进行体内实验。体内药代动力学(PK)研究显示生物利用度(F)达到42.07%。体内评价表明,SF38抑制骨髓和血液中Cat C的活性,降低下游NSPs的活化水平。在SF38最高剂量组(50 mg/kg),骨髓和血液中的Cat C和NSPs(NE,Cat G,PR3)的活性均被抑制至正常组的50%左右。化合物SF38能够以剂量依赖性和时间依赖性方式抑制骨髓和血液中Cat C和下游NSPs的活性水平。并且在急性肺损伤(ALI)动物模型中表现出有效的抗炎活性和潜在的保护作用。在SF38治疗组小鼠骨髓和血液中都观察到Cat C活性和下游NSP活化的明显剂量依赖性降低,促炎细胞因子的水平显著降低,抗炎细胞因子水平显著增高,呈现剂量依赖性,并且提高了小鼠的存活率。化合物SF38是一种有效的Cat C抑制剂,可通过抑制NSPs的激活在体内发挥抗炎活性和潜在的保护作用,用于治疗NSPs相关的炎症疾病。这些研究结果不仅丰富了具有噻吩结构特征的Cat C抑制剂的SAR,而且证明了非肽基-非共价Cat C抑制剂具有广阔的应用前景。