抗骨质疏松症化合物—p38α蛋白激酶抑制剂及V-ATP酶抑制剂的设计、合成与生物活性筛选

摘要

骨质疏松症是一种由于人体内成骨细胞与破骨细胞活性失衡引起的功能性疾病。主要表现为骨质的连续丢失导致骨骼变得疏松易碎。随着人口老龄化到来，骨质疏松症已经是一种世界性健康问题。骨质疏松症与糖尿病、老年性痴呆一起被列为世界性三大老年疾病。
　　破骨细胞对骨的过度吸收是骨质疏松症发病的直接原因。随着年龄的增长，骨质的补充变得异常艰难，因此如何抑制破骨细胞的骨吸收变成了研究的热点。目前，抑制破骨细胞分化成熟和阻断破骨细胞对骨吸收陷窝的酸化是开发治疗破骨细胞引起的相关骨疾病药物的重要策略。
　　p38 MAPK信号通路是破骨细胞分化成熟过程中极为重要的信号通路之一，因此对特异性p38α蛋白激酶抑制剂的寻找便成了抗骨质疏松药物研发的热点。本文以SCIO469先导化合物，辅助以计算机分子柔性对接，共设计并合成133个化合物，其中的部分化合物进行了初步的生物活性筛选。筛选结果表明在化合物上引入大位阻的疏水取代基可以获得较好的生物活性。对几个在初步筛选中表现较好的化合物进行了对破骨细胞分化增殖、破骨细胞骨吸收、破骨细胞相关特定基因的表达以及破骨细胞分化增殖中相关信号通路的抑制研究。这几个化合物在进一步的筛选中均呈现了良好的活性并在有效浓度范围之内对其它细胞没有明显的细胞毒性作用。
　　将相应化合物与p38α蛋白激酶进行柔性对接的结果表明我们设计的分子可以与铰链区的Gly110和Met109产生强氢键作用，与Tyr35产生较强的范德华力。化合物上的大疏水性基团能够与后疏水口袋紧密结合，而且部分化合物能够与门卫残基Thr106产生强氢键作用从而进一步稳定化合物在ATP结合口袋中的构象。基于这些结果，我们对下一步合成的化合物进行了结构优化，希望可以获得更好的生物活性。
　　嘧啶类结构广泛存在于具有生物活性的化合物中，目前的一些p38α蛋白激酶抑制剂中也存在嘧啶结构。我们使用烯烃叠氮类化合物设计了一条简单快速的反应路线并合成了一类新颖的嘧啶类母核，希望可以应用到新型p38α抑制剂的开发中。通过对二取代氨基嘧啶硫酮与p38α蛋白激酶的柔性对接我们可以发现，此类结构与ATP结合口袋之间存在氢键作用，并且可以在相应的位点进行官能团的修饰从而进一步加强与ATP结合口袋的相互作用。这类母核结构新颖，简单易得，这也给设计合成新的p38抑制剂提供了良好的化学基础。
　　V-ATP酶是一种依赖ATP的质子泵，V-ATP酶能够参与调节人体内各个环境的pH值，尤其是在破骨细胞的骨吸收过程中对骨吸收陷窝的酸化发挥着非常重要的作用。因而对V-ATP酶活性的抑制可以有效阻断破骨细胞对骨的吸收过程。
　　我们以SB242784为先导化合物，通过化学结构相似性设计，并结合现有V-ATP酶抑制剂，设计并合成了一类苯并咪唑类小分子化合物。同时，根据骨质疏松症的特点，我们设计了一条具有针对性的筛选过程，包括细胞毒性测试、对酸化的抑制、质子转运、V-ATP酶水解、破骨细胞的形成与骨吸收等几个方面，对此类化合物的相关生物筛选尚在进行中。

目录

声明

致谢

摘要

1 骨质疏松症病因影响因素及相关抑制剂

1．1 骨的结构与骨功能细胞

1．1．1 骨细胞

1．1．2 破骨细胞

1．1．3 成骨细胞

1．2 骨质疏松症分类及常用治疗手段

1．3 成骨细胞相关影响因子及信号传导通路

1．3．1 成骨细胞生长分化过程中相关影响因子

1．3．2 成骨细胞生长分化过程中重要信号通路

1．4 破骨细胞相关影响因子及信号传导通路

1．4．1 破骨细胞分化增殖过程中主要影响因子

1．4．2 破骨细胞分化增殖过程中主要信号传导通路

1．4．3 p38α蛋白激酶ATP结合口袋

1．4．4 p38α蛋白激酶抑制剂简介

1．5 V-ATP酶的结构与功能

1．5．1 V-ATP酶复合体的结构与功能

1．5．2 V-ATP酶抑制剂

1．6 总结与展望

2 p38α蛋白激酶抑制剂的设计合成及生物筛选

2．1 p38α蛋白激酶抑制剂的设计

2．1．1 p38α蛋白激酶抑制剂的设计基础

2．1．2 嘧啶类母核的设计基础

2．2 p38α蛋白激酶抑制剂的合成及生物活性筛选

2．2．1 3-(吲哚-2-酰胺基)苯甲酸类衍生物的合成

2．2．2 对吲哚-2-甲酸取代基的替换

2．2．3 对连接基团的替换

2．2．4 生物活性筛选与构效关系讨论

2．2．5 实验部分

2．3 氨基嘧啶硫酮类衍生物的合成

2．3．1 合成方法及条件优化

2．3．2 取代基的考察

2．3．3 化合物合成小结

2．3．4 小结

2．3．5 实验部分

2．4 总结与展望

3 苯并咪唑类V-ATP酶抑制剂的设计合成及生物活性筛选

3．1 苯并咪唑-2-取代酰胺类衍生物的设计合成

3．1．1 合成路线

3．1．2 取代基的选择

3．1．3 化合物合成小结

3．2 生物活性筛选

3．2．1 细胞毒性测试

3．2．2 V-ATP酶酸化抑制实验

3．3 总结与展望

3．4 实验部分

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果