含羧基黄嘌呤类DPP-Ⅳ抑制剂的设计、合成及DPP-Ⅳ抑制活性研究

摘要

糖尿病(diabetes mellitus，DM)是一种以高血糖为主要特征的慢性代谢性疾病。其中Ⅱ型糖尿病(T2DM)是最常见的糖尿病类型，所占比例超过90％。在我国，糖尿病有着较高的发病率，国际糖尿病联合会(IDF)2013年发布的《糖尿病地图》显示，中国糖尿病患者的人数达9800万，居于全球首位。然而，目前临床上主要用于治疗糖尿病的药物，如磺酰脲类药物和双胍类药物等并不能有效的治疗和阻止糖尿病病情的发展，且伴有低血糖、体重增加、胃肠道紊乱等副作用。因此，开发新型降糖药物显得尤为重要。
　　胰高血糖素样肽酶-1(GLP-1)是一类肠促胰素，人体摄入食物数分钟后，人体肠道受到刺激分泌GLP-1入血，刺激胰岛素分泌，进而降低血糖。然而，GLP-1极易被二肽基肽酶-Ⅳ(DPP-Ⅳ)分解，半衰期只有1～2 min。因此，抑制DPP-Ⅳ具有延长GLP-1半衰期和增强肠促胰岛素活性的作用，在调节胰岛素分泌和控制血糖方面发挥着重要作用。目前，以DPP-Ⅳ为靶点的小分子抑制剂已成为糖尿病治疗药物的研究热点。
　　Linagliptin是2011年上市的具有较好生物活性及安全性的DPP-Ⅳ抑制剂。它是一类以3-甲基-3，7-二氢-嘌呤-2，6-二酮（即黄嘌呤）为基本母核的非拟肽类DPP-Ⅳ抑制剂。分子对接结果显示，N-1位上丁炔基能很好的占据DPP-Ⅳ酶S1疏水性口袋，C-6位羰基与Tyr631形成氢键，喹啉环和嘌呤环分别与Trp629和Tyr547形成π-π堆积，伯胺与Glu205，Glu206和Tyr662形成氢键网。2012年，Ikuma等报道了一类以3H-咪唑[4，5-c]喹啉环为基本母核的化合物。分子对接显示，3H-咪唑[4，5-c]喹啉环上苯环部分靠近Lys554，且苯环上的亲水性基团羧基能与Lys554形成氢键，能显著提高化合物的生物活性。
　　基于上述化合物的结构特征，在文献调研的基础上，本文以黄嘌呤为基本骨架，利用电子等排和药效团拼合等策略，在N-1位引入含羧基的芳杂环以及在N-7位引入2-氯/氰基苄基，共设计合成了22个未见报道的目标化合物A1-16和B1-6，以期望得到一类新型的DPP-Ⅳ抑制剂。所有目标化合物均经13C-NMR，1H-NMR和MS确认。
　　以Sitagliptin为阳性对照药，对目标化合物A1-16和B1-6进行了体外活性筛选。活性结果显示，所有目标化合物均有一定的DPP-Ⅳ抑制活性，其中化合物A2，A4，A9，A13，B3和B5具有较好的活性，以化合物A13活性为最佳，对DPP-Ⅳ的IC50达到36±2nM。并得到以下初步构效关系:
　　①N-7位为2-氯苄基取代的化合物，如A1，A2，A4，A7，A9，A11，A13，A15，B1，B3和B5等，其抑制活性均高于N-7位为2-氰基苄基取代的化合物，如A3，A6，A5，A8，A10，A12，A14，A16，B2，B3和B6等;
　　②A系列化合物中，引入羧基能提高化合物的生物活性，如化合物A1，A4活性高于A15;然而，化合物的DPP-Ⅳ抑制活性未随着羧基数量的增加而提高，如A6的活性低于A5;
　　③A系列化合物中，羧基的位置对DPP-Ⅳ的抑制活性有明显的影响。含3-羧基的化合物，如A4，A5，A9，A10，A13和A14等的生物活性高于含4-羧基的化合物，如A1，A3，A7，A8，A11和A12等。在含3-位羧基的化合物中，4-位为给电子基，如甲氧基(A13)的活性要明显高于吸电子基，如氟(A9);
　　④N-1位为吡啶基取代的化合物的活性要普遍高于N-1位为苄基取代的化合物，如B5＞ A4，B6＞ A5和B1＞A1。
　　⑤在B系列化合物中，吡啶环上3-羧基取代的化合物，如B5和B6所表现出的活性要高于4-羧基取代的化合物，如B1和B2，所表现出的构效佐证了构效③的结论。这说明，无论N-1位上是苄基取代还是吡啶基取代，其环上羧基位于3-位时更有利于化合物活性的提高。
　　本文发现在以黄嘌呤为母核的化合物上引入羧基能提高化合物抑制DPP-Ⅳ的活性，且当化合物在N-1位取代环上同时含有3-羧基和4-位给电子基，且N-7位为2-氯苄基取代时，化合物活性能得到极大的提高，如化合物A13，IC50达到36 nM。在后续的研究中，将以化合物A13为先导化合物，根据这些初步的构效关系，进行结构优化改造得到更加有效的黄嘌呤类DPP-Ⅳ抑制剂。

目录

摘要

第一章 前言

1．1 引言

1．2 糖尿病与DPP-Ⅳ抑制剂

1．2．1 糖尿病与GLP-1

1．2．2 二肽基肽酶IV(DPP-Ⅳ)

1．2．3 DPP-Ⅳ抑制剂

1．3 DPP-Ⅳ抑制剂的结构分类

1．3．1 拟肽类DPP-Ⅳ抑制剂(α-系列)

1．3．2 非拟肽类DPP-Ⅳ抑制剂

参考文献

第二章 目标化合物的设计和合成

2．1 目标化合物的设计

2．2 目标化合物的合成路线

2．2．1 8-溴-3-甲基-7-(2-氯苄基)-3，7-2H-嘌呤-2，6-二酮(Z1)和8-溴-3-甲基-7-(2-氰基苄基)-3，7-2H-嘌呤-2，6-二酮(Z2)的合成

2．2．2 A系列目标化合物A1-16的合成路线

2．2．3 B系列目标化合物B1-6的合成路线

2．3 化合物的合成

2．3．1 中间体Z1，Z2的合成

2．3．2 A系列目标物的合成

2．3．3 B系列目标物的合成

参考文献

第三章 DPP-Ⅳ抑制活性研究

3．1 引言

3．2 实验材料

3．3 实验方法

3．3．1 DPP-Ⅳ稀释

3．3．2 Sitagliptin溶液的配制

3．3．3 Gly-Pro-pNA底物溶液配制

3．3．4 活性测试方法建立

3．3．5 受试化合物(A1-16，B1-6)抑制率的测定

3．3．6 活性结果

3．4 活性结果分析

参考文献

全文总结

附录

在校期间发表的论文

致谢

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