BACE-1抑制剂的设计、合成与构效关系研究

摘要

阿尔茨海默病 (Alzheimer’ s disease, AD)是老年痴呆症的一种主要类型，其病理特征主要表现为皮质弥漫性萎缩，沟回增宽，脑室扩大，神经元大量减少，并可见老年斑(amyloid plaques)，神经原纤维结(neurofibrillary tangles, NFTs)等。
　　 由于目前对该疾病的病理和生化变化原因尚缺乏全面和实质性的认识，所以在临床上还没有发现一种药物能够有效的治疗阿尔茨海默病。
　　 β?-淀粉样蛋白链式假说的提出为AD 药物的研究开辟了新的研究方向，其认为脑内β-淀粉样多肽 （β-amyloid peptides, Ab）的异常聚集和沉积具有神经毒性,导致AD的发生。β-淀粉样多肽是通过β-分泌酶(BACE-1)和β-分泌酶逐步水解淀粉样前体蛋白β-APP 形成的，其中?-分泌酶则是Ab 生成的限速酶，因此?-分泌酶(?-amyloid precursor enzyme-1, BACE-1)是干预AD 进程的理想靶点。
　　 根据BACE-1切割Swedish APP的作用位点设计的第一代β-分泌酶抑制剂OM99-1、OM99-2和OM00-3等，虽然对靶标有强的亲和力，但分子质量均大于900Da，而且结构上有数个氨基酸残基，导致了其口服生物利用度低，难于透过血脑屏障。在β-分泌酶抑制剂的发现进程中，一个突破性的进展是Merck 公司于2004年发现的磺酰胺基取代的间苯二甲酸衍生物类化合物，后来又发现了化合物CTS-21166，并且已经进入临床II 期实验。
　　 根据本课题组前期合成出来的先导化合物的药理活性数据显示，先导化合物具有一定毒性和酸性，而中枢神经药物应该避免酸性，为了解决这些问题，在先导化合物的基础上借助计算机辅助药物设计，结合文献中报道的BACE-1抑制剂的结构和构效关系对先导物进行了结构的修饰和改造，设计了4 类化合物，用Sybyl8.1中的Surflex 模块进行分子对接研究，确定了拟合成的目标化合物结构。最终合成了19个化合物，这些化合物目前尚未见文献报道，其结构均通过1H-NMR，MS 确认，并且通过高效液相色谱检测了化合物的纯度和通过旋光仪测定了其比旋光度。本课题通过六条路线近35 步反应对所设计的目标化合物进行了合成，同时探讨并优化了反应路线中的各步反应条件。其中异噻唑酮环合通过控制反应温度和加料方式使产率提高40％。通过改变催化剂、溶剂、反应温度和反应方式对Suzuki偶联反应的反应条件进行了优化和改进，发现使用碳酸钠溶液和微波反应能够减少硼酸酯中间体发生自身偶联的机会。氟由于受邻近基团的影响而变得比较活泼，通过改变反应顺序和使用非质子性溶剂来降低氟的活性而成功的合成了关键中间体1,4-丁磺酸内酰胺。在中间体F 合成中，通过使用三甲基碘化氧硫而使环氧化合物的合成能够在常温下顺利进行，避免了低温和昂贵试剂的使用，并通CHIRALPAK AD-H 手性柱初步探索了16个手性化合物的分离条件。
　　 对合成出来的目标化合物进行分子水平的体外抑制BACE-1活性的评价，采用时间分辨荧光法，结果显示有13个化合物对BACE-1显示了较强的抑制活性，其中化合物VIIf、VIIIe和Ixa在100nmol/L时抑制率大于75％，其IC50值分别为3.7nM、2.2nM和3.7nM;对于活性较好的化合物进行了细胞水平的体外抑制细胞分泌Aβ40水平的评价，采用CHO (双转APP/BACE1基因)细胞，结果显示化合物VIIIa、VIIIf和Ixa在1μmol/L时抑制率均大于45％，其IC50值分别为37nM、58nM和18nM，这些数据表明化合物VIIIa、VIIIf和Ixa对细胞有一定的透膜能力，其中化合物VIIIa和Ixa 即将进入动物实验阶段。
　　 通过对化合物的酶水平和细胞水平筛选的结果分析，并且结合Sybyl 8.1中的Surflex 模块模拟目标化合物Via、VIIe、VIIIf和Ixa与BACE-1的相互作用方式，初步分析了目标化合物的构效关系：1)P2'片段为芳香基团时，有助于提高抑制活性，主要原因是BACE-1催化位点S2'亚位点的残基主要是由一些含有芳香基团氨基酸组成，这些芳香基团可以和P2'片段产生p-p 堆积作用，导致其活性的提高。
　　 2) P3 片段为a-甲基苄胺时对提高活性更有利。3)结果显示异噻唑酮部位结构的改变虽然没有明显提高活性，但是毒理数据显示双键氢化后能够提高对BACE-1的选择性，降低毒性。这些系列化合物构效关系的发现为本课题组进一步对该系列化合物结构的优化，以寻找出活性更好，选择性更好的BACE-1抑制剂提供了方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

第二章 目标化合物与其合成路线的设计

第三章 目标化合物合成及结果分析

第五章 实验部分

第六章 结论

致谢

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附录