靶向刺猬通路Smo蛋白的四氢吡啶[4,3-d]嘧啶类化合物的合成及活性研究

摘要

刺猬信号通路是一条重要的胚胎通路，在胚胎发育的过程中对细胞增殖和分化中起到重要的调控作用。在成体中，Hh信号通路一般处于关闭状态，Hh信号通路的异常激活在肿瘤的发生和发展中起了举足轻重作用。近年来，刺猬通路的研究受到了科学界越来越多的重视，而靶向Hh通路尤其是新型靶点G蛋白偶联受体 Smoothened（SMO）的小分子抑制剂已成为制药公司和科研机构的研究热点。其中刺猬通路拮抗剂Vismodegib和Sonidegib分别于2012年和2015年被美国食品药物管理局(FDA）批准上市，用于治疗成年基底细胞癌患者。然而，Vismodegib的物理化学性质比较差（熔点264 ℃，pH=6.5的溶解度9.5μg/mL），并且用药过程中会出现耐药性。针对这些缺点我们实验室通过骨架跃迁原理设计出全新的分子骨架，在分子的中心部位引入SP3杂化碳原子，降低分子的刚性和平面结构。所合成的两类新化合物中，四氢吡嗪并咪唑类有较低的clogP，但对刺猬通路的拮抗活性不太理想；四氢吡啶并噻唑类有较好的活性和理化性质，然而clogP比较高。
　　本研究通过经典的生物电子等排原理设计出四氢吡啶并嘧啶类新分子骨架，并完成了新化合物的合成及其生物活性测试。结果显示有14个化合物对刺猬通路的拮抗活性优于Vismodegib，其中活性最好的化合物1-72是Vismodegib的20倍；多个化合物（1-11、1-56和1-59）表现出良好的物理化学性质，与Vismodegib相比，熔点降低70 ℃左右，在pH6.5下溶解度比Vismodegib提高20倍。在肝酶抑制性安全评估中，化合物1-19、1-21、1-48、1-59和1-72对五种主要的代谢酶的半数抑制浓度（IC50）大于10μM。在体外人源肝微粒体稳定性测试中，化合物1-11、1-48、1-52和1-56都有较低的清除率和较长的半衰期。大鼠体内药代动力学实验结果显示，它们的体内清除率都比较低，化合物1-56和1-59有较高的生物利用度，分别为74％和53%。在口服剂量10 mg/kg的情况下，化合物1-11、1-56、1-59和1-72可以达到治疗所需的药效浓度。通过骨架跃迁和经典的生物电子等排原理设计我们得到生物活性和理化性质都比在售药物 Vismodegib好的全新骨架化合物，部分化合物的肝酶抑制率和药代动力学参数都比较理想，为下一步药效学研究提供了很好的帮助。

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第一章 前言

第一节 刺猬通路与肿瘤

第二节 已报道的刺猬通路抑制剂

第二章 SMO蛋白抑制剂的设计及活性研究

第一节 实验室工作基础及设计理念

第二节 化合物构效关系研究

第三节 优选化合物对肝酶安全性与稳定性评估

本章小结

第三章 化合物结构优化及代谢稳定性评估

第一节 化合物结构优化

第二节 化合物的CYP抑制和药代动力学评估

本章小结

第四章 化合物的合成路线

4.1 嘧啶2位取代化合物的合成（1）

4.2 嘧啶2位取代化合物的合成（2）

4.3 化合物1-24---1-32的合成

4.4 化合物1-33和1-34的合成

4.5 化合物1-35和1-36的合成

4.6 化合物1-37---1-44的合成

4.7 酰胺类化合物的合成

4.8 5-甲基四氢吡啶并嘧啶类化合物的合成

4.9 化合物1-69和1-71的合成

4.10 化合物1-70和1-72的合成

第五章 实验操作

第一节 化学试验

第二节 溶解度、熔点测定实验

第三节 生物实验

全文总结

参考文献

攻读学位期间发表的论文

附录

Ⅰ英语缩写对照表

Ⅱ部分化合物谱图

致谢