作用于過(guò)氧化物酶體增殖因子活化受體的藥物設(shè)計(jì).ppt

1,第 三 章 作用于過(guò)氧化物酶體增殖因子活化受體的藥物設(shè)計(jì),2,內(nèi) 容,簡(jiǎn)介 PPAR 激動(dòng)劑 PPAR 激動(dòng)劑 PPAR 部分激動(dòng)劑 PPAR 拮抗劑 PPAR / 雙重激動(dòng)劑 PPAR 激動(dòng)劑 PPAR / 三重激動(dòng)劑,3,一、簡(jiǎn)介,型糖尿病，又稱為非胰島素依賴型糖尿病（non-insulin-dependent diabetes mellitus，NIDDM），占糖尿病患者的90%以上。現(xiàn)在，已有一億兩千萬(wàn)人口患有糖尿病。據(jù)估計(jì)，到2020年，這一數(shù)字將達(dá)到二億。 治療型糖尿病的基本方法是控制血糖水平。但是，降糖治療會(huì)導(dǎo)致心血管并發(fā)癥如視網(wǎng)膜病的發(fā)生。這說(shuō)明，研制開發(fā)新型高效低毒的糖尿病藥物已經(jīng)迫在眉睫。 在研發(fā)降糖新藥的各種方法中，引人矚目的一個(gè)方法是研發(fā)過(guò)氧化物酶體增殖因子活化受體（peroxisome proliferator-activated receptors，PPARs）的激動(dòng)劑。,4,過(guò)氧化物酶體增殖因子活化受體（PPARs）是由Issemann和Green在1990年發(fā)現(xiàn)的。 過(guò)氧化物酶體增殖因子活化受體（PPARs）屬于核受體超家族的成員，也是一類由配體激活的轉(zhuǎn)錄因子。 該受體發(fā)現(xiàn)以后的短短幾年間，科學(xué)家識(shí)別了該受體的三個(gè)亞型，分別為PPAR (NR1C1), PPAR (NR1C2) (also known as PPAR , NUCI, FAAR) 和PPAR (NR1C3).,5,PPAR 存在于肝臟和骨骼肌組織中。在這些組織中，PPAR 調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，如脂肪的代謝和平衡。 PPAR 廣泛存在于各種組織中，但是其功能尚未明確。 PPAR 主要存在于脂肪組織。體外實(shí)驗(yàn)表明，PPAR 在脂肪細(xì)胞分化過(guò)程中起著重要作用。這說(shuō)明，PPAR 是脂肪儲(chǔ)存利用方面的一個(gè)重要成分。,6,PPAR當(dāng)被特定的小分子（如類固醇、類維生素A、脂肪酸等）激活以后，PPAR與類維生素A受體形成二聚物。該二聚物與某些基因上游的特異的一段DNA，亦稱為過(guò)氧化物酶體增殖因子反應(yīng)元件（peroxisome proliferator responsive element，PPRE，位于靶基因的調(diào)節(jié)區(qū)）結(jié)合，然后刺激了關(guān)于脂代謝和脂平衡的基因轉(zhuǎn)錄。PPREs的作用是編碼蛋白質(zhì)，包括脂質(zhì)和脂蛋白代謝。 PPAR與類維生素A受體二聚物的激活與控制脂質(zhì)，糖類和能量平衡的基因密切相關(guān)。所以，PPARs不適當(dāng)?shù)募せ罨蛘呤Щ顣?huì)導(dǎo)致疾病的發(fā)生，如型糖尿病、心血管病，等。,7,近十年來(lái)，PPARs介導(dǎo)各種代謝過(guò)程的能力已經(jīng)使其成為藥理學(xué)和遺傳學(xué)研究的焦點(diǎn)?，F(xiàn)在的藥學(xué)研究目標(biāo)是尋找PPAR的配體，以期發(fā)現(xiàn)新型高效低毒的抗糖尿病藥物。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的配體包括： PPAR 激動(dòng)劑（抗動(dòng)脈粥樣硬化，抗脂異常）； PPAR 激動(dòng)劑（用于治療型糖尿?。?； PPAR 部分激動(dòng)劑（抗糖尿病活性，副作用小）； PPAR 拮抗劑（是研究PPAR 信號(hào)通路的工具）； PPAR / 雙重激動(dòng)劑（能協(xié)同的改善糖脂代謝）； PPAR 激動(dòng)劑（可能對(duì)脂循環(huán)有作用）； PPAR / 三重激動(dòng)劑（有抗糖尿病活性）。,8,二、PPAR 激動(dòng)劑,天然PPAR 激動(dòng)劑 蝶芪（音齊）（Pterostilbene (1)）是PPAR 的激動(dòng)劑。,9,2. 合成的 PPAR 激動(dòng)劑,2.1 苯氧基烷酸類（貝特類，F(xiàn)ibrates）及其類似物 近年來(lái)，貝特類藥物，如氯貝丁酯(clofibrate，2)、非諾貝特(fenofibrate，3)、苯扎貝特(bezafibrate，4)(Fig. 1)是臨床上廣泛應(yīng)用的影響膽固醇和甘油三酯代謝的藥物。,Fig. 1. 貝特類藥物,10,2. 合成的 PPAR 激動(dòng)劑,11,2. 合成的 PPAR 激動(dòng)劑,雖然貝特類藥物是PPAR配體，但是其親和力很弱（需要微摩爾濃度才能激活PPAR ），PPAR亞型選擇性很差。因此，需要大劑量使用(about 300-1200 mg/day)，才能起效。因此，需要研發(fā)更有效的具有亞型選擇性的PPAR 激動(dòng)劑。,12,2. 合成的 PPAR 激動(dòng)劑,據(jù)報(bào)道，具有手性中心的貝特類藥物(5, Fig. 2)的立體化學(xué)性質(zhì)影響其藥理活性。科學(xué)家合成了一些具有手性中心的無(wú)環(huán)貝特類似物(5, Fig. 2)和成環(huán)貝特類似物(6-8, Fig. 2)?；钚詼y(cè)試表明，成環(huán)后，化合物剛性增加，表現(xiàn)出抑制脂肪分解的活性。,Fig. 2. 無(wú)環(huán)貝特類似物(5)和成環(huán)貝特類似物(6-8),13,2. 合成的 PPAR 激動(dòng)劑,GlaxoSmithKline(葛蘭素史克)公司發(fā)現(xiàn)了一個(gè)PPAR 激動(dòng)劑GW9578 (9)，也是苯氧基烷酸類似物。,14,2. 合成的 PPAR 激動(dòng)劑,Merck公司用1,3-二氧亞丙基linker鏈接酸性頭部和親脂性尾部，發(fā)現(xiàn)了2,3-二氫苯并呋喃-2-羧酸類化合物10，這是高效且具有亞型選擇性的PPAR 激動(dòng)劑. 其EC50 1000倍。據(jù)推測(cè)，這類化合物的高選擇性是由于2,3-二氫苯并呋喃環(huán)引起的構(gòu)象限制產(chǎn)生的。,15,2. 合成的 PPAR 激動(dòng)劑,Eli Lilly(禮來(lái))公司和Ligand公司發(fā)現(xiàn)了具有2,4-二氫-3H-1,2,4-三唑-3-酮(三唑酮)母核的PPAR 激動(dòng)劑。其中活性最好的一個(gè)化合物是LY518674 (11)，其對(duì)PPAR 的EC50 = 42 nM，且具有高度的亞型選擇性。LY518674已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗(yàn)研究。,16,2. 合成的 PPAR 激動(dòng)劑,Meyer等人發(fā)現(xiàn)了K-111(12, BM 17.0744，-取代的烷基羧酸)是PPAR激動(dòng)劑，且沒有PPAR 和PPAR 激動(dòng)活性。,17,2. 合成的 PPAR 激動(dòng)劑,2.2 -取代的苯丙酸衍生物,日本Kyorin公司選擇了KRP-297 (13，PPAR /雙重激動(dòng)劑，對(duì)/活性相當(dāng))作為先導(dǎo)化合物，開發(fā)選擇性的PPAR激動(dòng)劑。該公司科學(xué)家預(yù)測(cè)，將噻唑烷二酮(thiazolidine-2,4-dione，TZD)母核替換成其他的酸性官能團(tuán)，如貝特類藥物中的羧基，可能會(huì)減少PPAR 的親和力，有利于PPAR 的選擇性(Fig. 3)。根據(jù)這一思想，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)PPAR 激動(dòng)劑(S)-10 (14, KCL1998001079, -烷基苯丙酸衍生物)。該化合物對(duì)PPAR 有選擇性。,Fig. 3. (S)-10的發(fā)現(xiàn).,18,2. 合成的 PPAR 激動(dòng)劑,Fig. 4. (S)-10的構(gòu)效關(guān)系.,19,2. 合成的 PPAR 激動(dòng)劑,2.3 惡唑基-絲氨酸類化合物 大多數(shù)合成PPAR , 和激動(dòng)劑具有以下結(jié)構(gòu)特征：極性頭部 “A” 通過(guò)短鏈“B”和芳環(huán)“C”相連，芳環(huán)“C”又通過(guò)鏈“D”與疏水環(huán)“E”相連。短鏈“B”和鏈“D”有可以含有取代基F和G (Fig. 5)。,Fig. 5. 合成PPAR , , 和 激動(dòng)劑的結(jié)構(gòu)特征.,20,2. 合成的 PPAR 激動(dòng)劑,在此結(jié)構(gòu)特征基礎(chǔ)上，Wei等人設(shè)計(jì)合成了一系列惡唑基-絲氨酸類PPAR激動(dòng)劑，其中，15 是活性最好的一個(gè)，對(duì)PPAR 的 EC50 = 0.67 uM。,21,三、PPAR 激動(dòng)劑,天然 PPAR 激動(dòng)劑 Palmer和Wolf發(fā)現(xiàn)了cis-parinaric acid (16, CPA, Fig. 6)（杷荏酸，十八烷四烯酸）是PPAR 激動(dòng)劑，其Kd值是669 nM。這是脂肪酸激動(dòng)PPAR 的第一次報(bào)道。 無(wú)環(huán)呋喃二萜化合物saurufuran A (17, Fig. 6) 是從Saururus chinensis（三白草）的根中得到的，是 PPAR 激動(dòng)劑，EC50 = 16.7 uM。 15-deoxy-12,14 前列腺素J2 (15-d-PGJ2, 18, Fig. 6)是 J-系列環(huán)戊烯酮前列腺素的代謝產(chǎn)物，是迄今最有效的天然PPAR 激動(dòng)劑，其EC50 = 1-2 uM。,Fig. 6. 天然PPAR 激動(dòng)劑.,22,2. 合成 PPAR 激動(dòng)劑,2.1 噻唑烷二酮類(Thiazolidinediones，TZDs) 上世紀(jì)九十年代末，美國(guó)食品藥品管理局(Food and Drug Administration，F(xiàn)DA)批準(zhǔn)噻唑烷二酮類(“glitazones” or thiazolidinediones)藥物上市，用于治療型糖尿病。這類藥物具有共同的結(jié)構(gòu)特征：噻唑烷二酮母核(TZD)。,23,2. 合成 PPAR 激動(dòng)劑,1997年，第一個(gè)噻唑烷二酮類藥物曲格列酮（troglitazone）上市。之后因陸續(xù)出現(xiàn)肝損害報(bào)告而撤出。1999年，羅格列酮rosiglitazone和吡格列酮pioglitazone上市，成為此類目前應(yīng)用的主要品種。,Fig. 7. 噻唑烷二酮類藥物,24,2. 合成 PPAR 激動(dòng)劑,同時(shí)，在九十年代中期，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)噻唑烷二酮類藥物的靶點(diǎn)是PPAR 。噻唑烷二酮類藥物通過(guò)激動(dòng)PPAR ，增加脂肪細(xì)胞、肝細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞對(duì)胰島素的敏感性，促進(jìn)胰島素靶細(xì)胞對(duì)血糖的攝取、轉(zhuǎn)運(yùn)和氧化利用；同時(shí)降低血糖及游離脂肪酸的水平。,25,2. 合成 PPAR 激動(dòng)劑,Fig. 8. 噻唑烷二酮類PPAR激動(dòng)劑的藥效團(tuán)結(jié)構(gòu).,Kurogi研究了噻唑烷二酮類藥物的可能藥效團(tuán)結(jié)構(gòu)。他將羅格列酮rosiglitazone和吡格列酮pioglitazone的結(jié)構(gòu)分成連接區(qū)和效應(yīng)區(qū)。連接區(qū)是噻唑烷二酮母核，效應(yīng)區(qū)是決定生物活性的區(qū)域。在連接區(qū)和效應(yīng)區(qū)之間有一個(gè)linker（Fig. 8）。,26,2. 合成 PPAR 激動(dòng)劑,2.2 L-酪氨酸類化合物 22是PPAR 的激動(dòng)劑，其EC50在微摩爾數(shù)量級(jí)。以22為先導(dǎo)化合物，Glaxo Wellcome(葛蘭素威康)公司發(fā)現(xiàn)了PPAR 激動(dòng)劑 23 (Fig. 9)。,Fig. 9. 法格列酮farglitazar及其衍生物的發(fā)現(xiàn).,27,2. 合成 PPAR 激動(dòng)劑,對(duì)化合物的結(jié)構(gòu)優(yōu)化發(fā)現(xiàn)23結(jié)構(gòu)中烯胺酮基團(tuán)被2-氨基二苯酮基團(tuán)替換得到24，活性更好(Fig. 9)。將24的芐基用4-乙基-5-甲基-2-苯基唑代替，得到高效選擇性的PPAR 激動(dòng)劑25 (法格列酮，farglitazar) (Fig. 9)。,Fig. 9. 法格列酮farglitazar及其衍生物的發(fā)現(xiàn).,28,2. 合成 PPAR 激動(dòng)劑,Glaxo Wellcome（葛蘭素威康）公司又進(jìn)一步研究了芳烷基醚基團(tuán)的構(gòu)效關(guān)系。將苯基惡唑基團(tuán)中的苯基用極性基團(tuán)代替，如吡啶基，得到26 (PPAR pKi = 8.85, PPAR pEC50 = 8.74)。將苯基惡唑基團(tuán)中的苯基用極性基團(tuán)代替，如4-甲基哌嗪基，得到27 (PPAR pKi = 8.66, PPAR pEC50 = 8.89)。這兩個(gè)化合物是選擇性的PPAR 激動(dòng)劑，與法格列酮farglitazar相比，水溶性增加(Fig. 9)。,Fig. 9. 法格列酮farglitazar及其衍生物的發(fā)現(xiàn).,29,2. 合成 PPAR 激動(dòng)劑,與噻唑烷二酮類藥物相比，法格列酮farglitazar對(duì)PPAR 的pKi = 8.94，pEC50 = 9.47，親和力和活性都有了較大提高。噻唑烷二酮類藥物與法格列酮親和力和活性的差別可以通過(guò)Fig. 10 得到解釋。法格列酮farglitazar現(xiàn)已進(jìn)入期臨床實(shí)驗(yàn)。,30,2. 合成 PPAR 激動(dòng)劑,Fig. 10. PPAR 活性位點(diǎn)的氨基酸。催化區(qū)由SER289, HIS323, TYR473 and HIS449組成（藍(lán)色）。法格列酮farglitazar是PPAR 激動(dòng)劑。 在PPAR 活性位點(diǎn)左側(cè)底部，有一個(gè)口袋。法格列酮farglitazar的2-氨基二苯酮基團(tuán)能夠伸入這個(gè)口袋。這種伸入導(dǎo)致了法格列酮farglitazar和PPAR 更有效的結(jié)合（主要是通過(guò)疏水作用）。但是，噻唑烷二酮類藥物沒有能夠伸入口袋的基團(tuán)。此外，-苯丙酸基團(tuán)可以看作是芐基噻唑烷二酮的電子等排體。,31,2. 合成 PPAR 激動(dòng)劑,2.3 苯并惡嗪酮衍生物 Rybczynski等人發(fā)現(xiàn)了苯并惡嗪酮類化合物是PPAR 激動(dòng)劑。這類化合物不含噻唑烷二酮母核。他們還研究了構(gòu)效關(guān)系。苯并惡嗪酮的苯環(huán)上有取代基時(shí)，不利于活性。苯并惡嗪酮氮原子上連接脂肪側(cè)鏈時(shí)，活性最好，最佳側(cè)鏈長(zhǎng)度是5-8個(gè)原子?；衔锏牧Ⅲw化學(xué)也對(duì)活性至關(guān)重要。R構(gòu)型化合物活性最好。28 和29是活性最好的兩個(gè)化合物，其PPAR EC50分別是110 nM 和274 nM。,32,2. 合成 PPAR 激動(dòng)劑,2.4 二芳基醚羧酸衍生物 LY293111 (30)是一個(gè)二芳基醚羧酸衍生物，也是一個(gè)PPAR 激動(dòng)劑，已經(jīng)進(jìn)入期臨床實(shí)驗(yàn)。,33,2. 合成 PPAR 激動(dòng)劑,2.5 吲哚類化合物 Mahindroo等人合成了一系列吲哚類PPAR 激動(dòng)劑，并研究了構(gòu)效關(guān)系。正丙基或正丁基是最佳的linker連接；5-取代的吲哚、羧酸頭是最佳的PPAR 結(jié)合基團(tuán)；苯基惡唑尾是最佳的效應(yīng)基團(tuán)。吲哚基團(tuán)可與PPAR 活性位點(diǎn)疏水結(jié)合，是重要的結(jié)合基團(tuán)。通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了先導(dǎo)化合物BPR1H036 (31)。,34,四、PPAR 部分激動(dòng)劑,最近臨床前研究表明，血管緊張素受體拮抗劑泰米沙坦telmisartan (32)是選擇性的PPAR 部分激動(dòng)劑。,35,五、PPAR 拮抗劑,上述PPAR 配體都是其激動(dòng)劑。發(fā)現(xiàn)PPAR 拮抗劑能夠提供研究PPAR 信號(hào)通路的工具，有重大意義。 在高通量篩選尋找PPAR 配體過(guò)程中，GlaxoSmithKline（葛蘭素史克）公司發(fā)現(xiàn)了GW9662 (33)是PPAR 拮抗劑，其對(duì)PPAR 拮抗活性IC50達(dá)到納摩爾數(shù)量級(jí)，且對(duì)PPAR 有選擇性拮抗作用。,36,六、PPAR / 雙重激動(dòng)劑,天然PPAR / 雙重激動(dòng)劑 8-(S)-HETE (34)是花生四烯酸代謝產(chǎn)物，是PPAR 強(qiáng)激動(dòng)劑(EC50 = 100 nM)，對(duì)PPAR 也有部分激動(dòng)活性。因此，Caijo等人選擇8-(S)-HETE作為先導(dǎo)化合物，設(shè)計(jì)其類似物(Fig. 11)。,Fig. 11. 8-(S)-HETE及其喹啉類衍生物.,37,部分類似物表現(xiàn)出PPAR /雙重激動(dòng)活性。其中活性最好的一個(gè)化合物是喹啉類化合物35。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在56位有一個(gè)炔鍵。該化合物對(duì)PPAR 的EC50是114 nM，對(duì)PPAR 的EC50是617 nM。,Fig. 11. 8-(S)-HETE及其喹啉類衍生物.,38,2. 合成PPAR / 雙重激動(dòng)劑,2.1 -取代苯丙酸衍生物 替賽格列他Tesaglitazar (36, AZ242)是苯丙酸衍生物，是PPAR / 雙重激動(dòng)劑。,39,2. 合成PPAR / 雙重激動(dòng)劑,具有PPAR / 雙重激動(dòng)活性的該類化合物還有SB 213068 (37)。 Lohray等人用不同的三環(huán)系統(tǒng)取代SB 213068 (37)的甲氨基苯并惡唑基團(tuán)，發(fā)現(xiàn)了羅格里扎ragaglitazar (38, (-)DRF 2725), 是含有吩嗪結(jié)構(gòu)的苯丙酸類化合物(Fig. 12-1)。羅格里扎ragaglitazar是PPAR / 雙重激動(dòng)劑，其EC50分別是0.98 和 0.092 uM。,Fig. 12-1. 羅格里扎ragaglitazar的發(fā)現(xiàn).,40,2. 合成PPAR / 雙重激動(dòng)劑,Novo Nordisk（諾和諾德）公司用咔唑三環(huán)系統(tǒng)替代羅格里扎ragaglitazar的吩嗪三環(huán)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)了3q (39)，是PPAR / 雙重激動(dòng)劑，PPAR (EC50 = 0.36 uM)，PPAR (EC5