莨菪烷类衍生物拮抗M3受体的持续性和亚型选择性(M3/M2)研究

摘要

目的：
　　慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一种严重危害人类健康的常见病。长效M3受体拮抗剂是目前临床治疗COPD的首选药物，但是因亚型选择性（M3/M2）不高，副反应不容忽视。本课题在原有工作基础上，设计、合成系列莨菪烷类化合物，同时开展目标物对M3受体的拮抗活性、持续性和亚型选择性（M3/M2）研究。通过建立定量结构-活性关系（Quantitative Structure-Activity Relationship，QSAR）、定量结构-解离速率关系（Quantitative Struture-Offrate Relationship，QSOR）和定量结构-选择性关系（Quantitative Structure-Selectivity Relationship，QSSR）模型，指导后续长效、高活性和选择性莨菪烷类M3受体拮抗剂的结构设计，以提高成药性。其中，QSOR研究属首次报道。此外，建立3α-酰氧基-6β-乙酰氧基莨菪烷类化合物对映异构体的手性拆分方法，为开发光学纯的临床治疗药物打下扎实的基础。
　　方法：
　　经酰化反应合成3α-酰氧基莨菪烷（C系列）、3α-酰氧基-6β-乙酰氧基莨菪烷（E系列）、（3S，6S）-3α-酰氧基-6β-乙酰氧基莨菪烷（ES系列）和（3R，6R）-3α-酰氧基-6β-乙酰氧基莨菪烷（ER系列）。分别选取豚鼠离体支气管（M3）、左心房（M2）为生物测试样本，以噻托溴铵作对照，评价目标物对M3受体的拮抗活性、持续性和亚型选择性（M3/M2）。分别以目标物和课题组现有莨菪烷类化合物对 M3受体的拮抗活性参数pA2（M3）、拮抗持续性参数log(t1/2(offset))和亚型选择性（M3/M2）参数ΔpA2(M3/M2)[pA2(M3)-pA2(M2)]为生测数据，建立QSAR(M3)、QSOR(M3)和QSSR(M3/M2)模型，预测化合物对M3受体的拮抗活性、持续性和亚型选择性（M3/M2），获得结构优化信息。采用高效液相色谱法，以不同配比的正己烷-异丙醇为流动相，在正相条件下，考察(±)-3α-酰氧基-6β-乙酰氧基莨菪烷在手性固定相Chiralpak AD、Chiralcel OD-H上的拆分情况。
　　结果：
　　共合成13个莨菪烷类化合物，其中7个为新化合物（包括4个旋光异构体）。13个目标物均对M3、M2受体产生拮抗作用。其中，C06对M3受体的拮抗活性最大[pA2(M3)=8.538]，但低于噻托溴铵的活性。3个目标物具有显著的拮抗持续性。C06的持续时间最长[t1/2(offset)>720.0 min]，与噻托溴铵的相近。7个目标物具有至少5倍的亚型选择性（M3/M2）。其中，C13的亚型选择性最高[?pA2(M3/M2)=1.883]。QSAR(M3)模型的交叉验证系数平方（q2）为0.730、非交叉验证系数平方（r2）为0.986、标准误（SE）为0.106、F值为395.428。QSOR(M3)模型的q2、r2、SE、F值分别为0.682、0.990、0.075、241.026。QSSR(M3/M2)模型的q2、r2、SE、F值分别为0.738、0.990、0.093、167.113。三类模型均具有较好的预测能力。对映体 E06在Chiralpak AD手性柱上实现完全分离。对映体E03、A14、A10在Chiralcel OD-H柱上，分别实现完全分离、基线分离和基本分离。
　　结论：
　　定性研究结果表明，当C-3α位的取代基中含有2个苯环时，化合物拮抗M3受体的时间较长；当含有3个苯环时，亚型选择性(M3/M2)最大。当苯环上连有卤素原子时，对延长化合物与M3受体的作用时间有利。在C-3α位的取代基团中引入羟基或者O原子，与M3受体形成额外氢键，增加分子间的作用力，能显著提高化合物的拮抗活性和延长持续作用时间。C-6β位的乙酰氧基对化合物拮抗 M3受体的活性和持续性、亚型选择性(M3/M2)均不利。QSAR(M3)、QSOR(M3)和QSSR(M3/M2)模型提示，在C-3α位中上方区域，即酰氧基附近，增大取代基的体积或负电荷，有利于提高化合物的拮抗活性。在C-3α位的中、下方区域，增大取代基的体积，分别有利于延长化合物的作用时间和亚型选择性（M3/M2）。但取代基的体积过大，对延长作用时间不利。在C-3α位取代基的苯环附近，增加取代基的体积或正电荷将降低化合物的拮抗活性，总体上却有利于延长化合物的作用时间。苯环附近减小取代基的体积或增加正电荷，有利于提高化合物的亚型选择性（M3/M2）。在氮甲基附近，增加负电荷有利于延长化合物的作用时间。此外，C-3α位取代基团的空间位阻效应主导手性固定相对对映体的选择性识别作用，而化合物与固定相之间的分子间作用力对手性拆分也产生重要影响。

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缩略词表

1 前言

1.1 概述

1.2 课题设计

1.3 课题研究目的及意义

2 化学合成及分析部分

2.1 化学合成

2.2 莨菪烷类化合物的手性拆分

2.3 讨论

3 药理学部分

3.1 材料、试剂及仪器

3.2 实验方法

3.3 实验结果

3.4 讨论

4 化学信息学部分

4.1 仪器与软件

4.2 实验方法

4.3 实验结果

4.4 讨论

5 结论

附录1化合物的氢谱（1H NMR）

附录2化合物的质谱（EI-MS）

附录3化合物的红外光谱（IR）

附录4 莨菪烷类衍生物拮抗卡巴胆碱激动支气管M3受体收缩曲线

附录5莨菪烷类衍生物抑制卡板胆碱引起支气管收缩的时间衰减曲线

附录6莨菪烷衍生物拮抗卡巴胆碱抑制左心房M2收缩曲线

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

参考文献

综述： M3受体拮抗剂QSAR研究与选择性研究进展