可溶性鸟苷酸环化酶刺激剂的设计、合成与生物活性评价

摘要

可溶性鸟苷酸环化酶(sGC)是体内NO-sGC-cGMP信号通道的一种关键信号传导酶，是迄今唯一发现的NO受体，被激活后即可催化GTP转化为cGMP，cGMP作为第二信使将信号传至下游的效应器，包括:离子门控通道、蛋白激酶和磷酸二酯酶等，从而引起一系列的生理反应，包括肠道蠕动、血管平滑肌舒张、血压下降、大脑发育、血小板聚集、细胞增殖与凋亡等[1]。生理条件下，NO由内皮一氧化氮合酶（eNOS）、神经元一氧化氮合酶(nNOS)、诱导性一氧化氮合成酶(iNOS)催化L-精氨酸分解产生。在动脉内层细胞，NO主要由eNOS催化合成并迅速扩散至深层血管平滑肌，刺激激活sGC。NO-sGC-cGMP信号通路受阻与较多疾病的病理生理过程相关，例如:心血管疾病、肝肾疾病、肺部疾病及勃起功能障碍等。其中肺动脉高压(PAH)是比较严重的一种，最终可导致心力衰竭甚至死亡。
　　目前，临床上用于治疗PAH的药物主要有三类:内皮质素受体拮抗剂、磷酸二酯酶-5抑制剂、前列环素类似物。它们都是通过舒张血管来缓解病情的进展，并且效果不是很好，死亡率仍居高不下，更无报道能逆转肺动脉高压病情。近些年来，血管重构被视为是导致PAH的主要原因。因此，抗血管重构被认为是较有潜力的治疗方法，通过此方法可以逆转病情进展，从而达到治愈PAH的目的。基于此方法，历经多年，现已开发出多种治疗药物，这些药物主要通过以下三个途径发挥其治疗效果:舒张血管作用、抗重构作用、抗炎作用。其中的两类药物:sGC刺激剂和sGC激活剂由于其作用途径的独特性，备受医药界关注。sGC刺激剂可以不依赖于NO直接激活还原型sGC，并且与NO有协同作用;sGC激活剂则可以激活对NO无应答的氧化型sGC。
　　Riociguat是由德国拜耳先灵制药公司开发的首个新一类sGC刺激剂，也是首个不依赖于NO激活sGC的口服有效抗PAH药物，并且与NO有协同作用。该药已于2013年10月顺利通过Ⅲ期临床获美国FDA批准上市，用于治疗PAH和慢性血栓栓塞性肺动脉高压(CTEPH)，成为第一个用于多病因的抗肺高压药物。
　　根据文献报道riociguat的结构与药效及药代动力学性质之间的关系，结合本课题组先前的工作，以riociguat为先导化合物，采用电子等排、构象模拟的传统与现代相结合的药物设计方法，设计了3类具有吡唑并吡啶基嘧啶母核结构的目标化合物，以期获得生物活性及药代动力学更好，副作用低的化合物。参考文献报道方法，经8～12步反应，合成了目标化合物28个，所有目标化合物结构均经ESI-MS和1H-NRM确认。在合成中，还对riociguat的关键中间体2-[1-（2-氟苄基）-1H-吡唑并[3，4-b]吡啶-3-基]-5-[(E)苯基二氮烯基]-4，6-嘧啶二胺的合成工艺进行了方法学研究，优化出较好的合成条件，收率高达93％。
　　在人肺动脉平滑肌细胞上，通过测试受试药对细胞SerpinB2和GREM1基因的RNA上调水平的方法对合成的28个目标化合物进行了生物活性评价。在100nM浓度下，化合物F10、F21、F25、F26、F28对SerpinB2和GREM1均表现出明显优于对照药物L29的活性。
　　初步总结了化合物的构效关系:当R1为取代的芳香基团时，不同的取代基对活性差别不大，以无取代的噻吩活性较高;R2为乙基取代时活性较好;R3为环戊基取代时活性增加;嘧啶环5位酰胺与其4位或6位的氨基成咪唑烷酮或咪唑五元环结构活性增加，且5位氨基为仲胺活性更好;R4为取代氨基，活性有所下降。

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缩略词表

摘要

第一章 前言

1．1 肺动脉高压简介

1．2 肺动脉高压的治疗现状

1．2．1 前列环素及其类似物

1．2．2 内皮质素受体拮抗剂

1．2．3 磷酸二酯酶-5抑制剂

1．2．4 新的治疗方法及潜在治疗药物

1．3 sGC与肺动脉高压

1．3．1 sGC的结构组成及特征

1．4 NO-sGC-cGMP信号通路

1．5 sGC的激活与调节

1．6 NO-sGC-cGMP信号通路与肺动脉高压

1．7 sGC刺激剂的发现和研究进展

第二章 目标化合物的设计

2．1 sGC刺激剂的优化过程和riociguat的发现

2．2 目标化合物的设计

第三章 目标化合物的合成

3．1 关键中间体的合成

3．2 目标化合物的合成

3．2．1Ⅰ型系列目标化合物的合成

3．2．2 Ⅱ型系列目标化合物的合成

3．2．3 Ⅲ型系列目标化合物的合成

3．3 实验部分

3．3．1 相关中间体的合成

3．3．2 目标化合物的合成

第四章 生物活性评价与构效关系

4．1 实验目的

4．2 实验材料和方法

4．3 实验结果

4．4 构效关系讨论

第五章 结语

参考文献

附图

综述

致谢

攻读学位期间发表的学术论文