作用于过氧化物酶体增殖因子活化受体的药物设计学案

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,作用于过氧化物酶体增殖因子活化受体的药物设计学案,内 容,PPAR ,激动剂,PPAR ,激动剂,PPAR ,部分激动剂,PPAR ,拮抗剂,PPAR,/,双重激动剂,PPAR ,激动剂,PPAR,/,三重激动剂,2,一、简介,型糖尿病，又称为非胰岛素依赖型糖尿病（non-insulin-dependent diabetes mellitus，NIDDM），占糖尿病患者的90%以上。现在，已有一亿两千万人口患有糖尿病。据估计，到2020年，这一数字将达到二亿。,治疗型糖尿病的基本方法是控制血糖水平。但是，降糖治疗会导致心血管并发症如视网膜病的发生。这说明，研制开发新型高效低毒的糖尿病药物已经迫在眉睫。,在研发降糖新药的各种方法中，引人瞩目的一个方法是研发过氧化物酶体增殖因子活化受体（peroxisome proliferator-activated receptors，PPARs）的激动剂。,3,过氧化物酶体增殖因子活化受体（PPARs）,是由Issemann和Green在1990年发现的。,过氧化物酶体增殖因子活化受体（PPARs）属于核受体超家族的成员，也是一类由配体激活的转录因子。,该受体发现以后的短短几年间，科学家识别了该受体的三个亚型，分别为PPAR (NR1C1), PPAR (NR1C2) (also known as PPAR , NUCI, FAAR) 和PPAR (NR1C3).,4,PPAR 存在于肝脏和骨骼肌组织中。在这些组织中，PPAR 调节基因的表达，如脂肪的代谢和平衡。,PPAR,广泛存在于各种组织中，但是其功能尚未明确。,PPAR ,主要存在于脂肪组织。体外实验表明，PPAR 在脂肪细胞分化过程中起着重要作用。这说明，PPAR 是脂肪储存利用方面的一个重要成分。,5,PPAR当被特定的小分子（如类固醇、类维生素A、脂肪酸等）激活以后，PPAR与类维生素A受体形成二聚物。该二聚物与某些基因上游的特异的一段DNA，亦称为过氧化物酶体增殖因子反应元件（peroxisome proliferator responsive element，PPRE，位于靶基因的调节区）结合，然后刺激了关于脂代谢和脂平衡的基因转录。PPREs的作用是编码蛋白质，包括脂质和脂蛋白代谢。,PPAR与类维生素A受体二聚物的激活与控制脂质，糖类和能量平衡的基因密切相关。所以，PPARs不适当的激活或者失活会导致疾病的发生，如型糖尿病、心血管病，等。,6,近十年来，,PPARs,介导各种代谢过程的能力已经使其成为药理学和遗传学研究的焦点。现在的药学研究目标是寻找,PPAR,的配体，以期发现新型高效低毒的抗糖尿病药物。现已发现的配体包括：,PPAR ,激动剂（抗动脉粥样硬化，抗脂异常）；,PPAR ,激动剂（用于治疗,型糖尿病）；,PPAR ,部分激动剂（抗糖尿病活性，副作用小）；,PPAR ,拮抗剂（是研究,PPAR ,信号通路的工具）；,PPAR,/,双重激动剂（能协同的改善糖脂代谢）；,PPAR ,激动剂（可能对脂循环有作用）；,PPAR,/,三重激动剂（有抗糖尿病活性）。,7,二、PPAR 激动剂,天然,PPAR ,激动剂,蝶芪（音齐）（,Pterostilbene,(1),）是,PPAR ,的激动剂。,8,2. 合成的 PPAR 激动剂,2.1 苯氧基烷酸类（贝特类，Fibrates）及其类似物,近年来，贝特类药物，如氯贝丁酯(clofibrate，2)、非诺贝特(fenofibrate，3)、苯扎贝特(bezafibrate，4)(Fig. 1)是临床上广泛应用的影响胆固醇和甘油三酯代谢的药物。,Fig. 1.,贝特类药物,9,2. 合成的 PPAR 激动剂,10,2. 合成的 PPAR 激动剂,虽然贝特类药物是PPAR配体，但是其亲和力很弱（需要微摩尔浓度才能激活PPAR ），PPAR亚型选择性很差。因此，需要大剂量使用(about 300-1200 mg/day)，才能起效。因此，需要研发更有效的具有亚型选择性的PPAR 激动剂。,11,2. 合成的 PPAR 激动剂,据报道，具有手性中心的贝特类药物(,5, Fig.,2,)的立体化学性质影响其药理活性。科学家合成了一些具有手性中心的无环贝特类似物(,5, Fig.,2,)和成环贝特类似物(,6,-,8, Fig.,2,)。活性测试表明，成环后，化合物刚性增加，表现出抑制脂肪分解的活性。,Fig. 2.,无环贝特类似物(,5,)和成环贝特类似物(,6,-,8,),12,2. 合成的 PPAR 激动剂,GlaxoSmithKline(葛兰素史克)公司发现了一个PPAR 激动剂GW9578,(,9,)，也是苯氧基烷酸类似物。,13,2. 合成的 PPAR 激动剂,Merck公司用,1,3-二氧亚丙基linker,链接,酸性头部,和,亲脂性尾部,，发现了2,3-二氢苯并呋喃-2-羧酸类化合物,10,，这是高效且具有亚型选择性的PPAR 激动剂. 其EC50 1000倍。据推测，这类化合物的高选择性是由于2,3-二氢苯并呋喃环引起的,构象限制,产生的。,14,2. 合成的 PPAR 激动剂,Eli Lilly(礼来)公司和Ligand公司发现了具有2,4-二氢-3H-1,2,4-三唑-3-酮(三唑酮)母核的PPAR 激动剂。其中活性最好的一个化合物是LY518674 (,11,)，其对PPAR 的EC50 = 42 nM，且具有高度的亚型选择性。LY518674已经进入临床试验研究。,15,2. 合成的 PPAR 激动剂,Meyer等人发现了K-111(,12, BM 17.0744，-取代的烷基羧酸)是PPAR激动剂，且没有PPAR 和PPAR 激动活性。,16,2. 合成的 PPAR 激动剂,2.2 -取代的苯丙酸衍生物,日本Kyorin公司选择了,KRP-297,(,13,，PPAR /双重激动剂，对/活性相当)作为,先导化合物,，开发选择性的PPAR激动剂。该公司科学家预测，,将噻唑烷二酮(thiazolidine-2,4-dione，TZD)母核替换成其他的酸性官能团，如贝特类药物中的羧基，可能会减少PPAR 的亲和力，有利于PPAR 的选择性,(Fig.,3,)。根据这一思想，他们发现了一个PPAR 激动剂,(S)-10,(,14, KCL1998001079, -烷基苯丙酸衍生物)。该化合物对PPAR 有选择性。,Fig. 3.,(S)-10的发现.,17,2. 合成的 PPAR 激动剂,Fig. 4.,(S)-10的构效关系.,18,2. 合成的 PPAR 激动剂,2.3 恶唑基-丝氨酸类化合物,大多数合成PPAR , 和激动剂具有以下结构特征：,极性头部,“A” 通过,短链,“B”和,芳环,“C”相连，芳环“C”又通过,链,“D”与,疏水环,“E”相连。短链“B”和链“D”有可以含有取代基F和G (Fig. 5)。,Fig. 5.,合成PPAR , , 和 激动剂的结构特征.,19,2. 合成的 PPAR 激动剂,在此结构特征基础上，Wei等人设计合成了一系列恶唑基-丝氨酸类PPAR激动剂，其中，,15,是活性最好的一个，对PPAR 的 EC50 = 0.67 uM。,20,三、PPAR 激动剂,天然,PPAR ,激动剂,Palmer,和,Wolf,发现了,cis,-parinaric,acid,(16, CPA, Fig. 6),（杷荏酸，十八烷四烯酸）是,PPAR ,激动剂，其,Kd,值是,669,nM,。这是脂肪酸激动,PPAR ,的第一次报道。,无环呋喃二萜化合物,saurufuran,A,(17, Fig. 6),是从,Saururus,chinensis,（三白草）的根中得到的，是,PPAR ,激动剂，,EC50 = 16.7,u,M,。,15-deoxy-12,14,前列腺素,J2,(15-d-PGJ2, 18, Fig. 6),是,J-,系列环戊烯酮前列腺素的代谢产物，是迄今最有效的天然,PPAR ,激动剂，其,EC50 = 1-2,u,M,。,Fig. 6.,天然PPAR 激动剂.,21,2. 合成 PPAR 激动剂,2.1 噻唑烷二酮类(Thiazolidinediones，TZDs),上世纪九十年代末，美国食品药品管理局(Food and Drug Administration，FDA)批准噻唑烷二酮类(“glitazones” or thiazolidinediones)药物上市，用于治疗型糖尿病。这类药物具有共同的结构特征：噻唑烷二酮母核(TZD)。,22,2. 合成 PPAR 激动剂,1997年，第一个噻唑烷二酮类药物,曲格列酮,（troglitazone）上市。之后因陆续出现肝损害报告而撤出。1999年，,罗格列酮,rosiglitazone和,吡格列酮,pioglitazone上市，成为此类目前应用的主要品种。,Fig. 7.,噻唑烷二酮类药物,23,2. 合成 PPAR 激动剂,同时，在九十年代中期，科学家发现噻唑烷二酮类药物的靶点是PPAR 。噻唑烷二酮类药物通过激动PPAR ，增加脂肪细胞、肝细胞、骨骼肌细胞对胰岛素的敏感性，促进胰岛素靶细胞对血糖的摄取、转运和氧化利用；同时降低血糖及游离脂肪酸的水平。,24,2. 合成 PPAR 激动剂,Fig. 8.,噻唑烷二酮类PPAR激动剂的药效团结构.,Kurogi研究了噻唑烷二酮类药物的可能药效团结构。他将罗格列酮rosiglitazone和吡格列酮pioglitazone的结构分成,连接区,和,效应区,。连接区是噻唑烷二酮母核，效应区是决定生物活性的区域。在连接区和效应区之间有一个,linker,（Fig.,8,）。,25,2. 合成 PPAR 激动剂,2.2 L-酪氨酸类化合物,22,是PPAR 的激动剂，其EC50在微摩尔数量级。以,22为先导化合物,，Glaxo Wellcome(葛兰素威康)公司发现了PPAR 激动剂,23,(Fig.,9,)。,Fig. 9.,法格列酮farglitazar及其衍生物的发现.,26,2. 合成 PPAR 激动剂,对化合物的结构优化发现,23结构中烯胺酮基团被2-氨基二苯酮基团替换得到24，活性更好,(Fig.,9,)。,将24的苄基用4-乙基-5-甲基-2-苯基唑代替，得到高效选择性的PPAR 激动剂25 (法格列酮，farglitazar),(Fig.,9,)。,Fig. 9. 法格列酮farglitazar,及其衍生物的发现.,27,2. 合成 PPAR 激动剂,Glaxo Wellcome（葛兰素威康）公司又进一步研究了芳烷基醚基团的构效关系。将苯基恶唑基团中的苯基用极性基团代替，如吡啶基，得到,26,(PPAR ,p,K,i = 8.85, PPAR ,pEC50 = 8.74)。将苯基恶唑基团中的苯基用极性基团代替，如4-甲基哌嗪基，得到,27,(PPAR ,p,K,i = 8.66, PPAR ,pEC50 = 8.89)。这两个化合物是选择性的PPAR 激动剂，与法格列酮farglitazar相比，水溶性增加(Fig.,9,)。,Fig. 9.,法格列酮farglitazar及其衍生物的发现.,28,2. 合成 PPAR 激动剂,与噻唑烷二酮类药物相比，法格列酮farglitazar对PPAR 的p,K,i = 8.94，pEC50 = 9.47，亲和力和活性都有了较大提高。噻唑烷二酮类药物与法格列酮亲和力和活性的差别可以通过Fig.,10,得到解释。法格列酮farglitazar现已进入,期临床实验。,29,2. 合成 PPAR 激动剂,Fig. 10.,PPAR 活性位点的氨基酸。催化区由SER289, HIS323, TYR473 and HIS449组成（蓝色）。法格列酮farglitazar是PPAR 激动剂。,在PPAR 活性位点左侧底部，有一个口袋。法格列酮farglitazar的,2-氨基二苯酮基团,能够,伸入这个口袋,。这种伸入导致了法格列酮farglitazar和PPAR 更有效的结合（主要是通过疏水作用）。但是，噻唑烷二酮类药物没有能够伸入口袋的基团。此外，,-苯丙酸基团可以看作是苄基噻唑烷二酮的电子等排体,。,30,2. 合成 PPAR 激动剂,2.3 苯并恶嗪酮衍生物,Rybczynski等人发现了苯并恶嗪酮类化合物是PPAR 激动剂。这类化合物不含噻唑烷二酮母核。他们还研究了构效关系。苯并恶嗪酮的苯环上有取代基时，不利于活性。苯并恶嗪酮氮原子上连接脂肪侧链时，活性最好，最佳侧链长度是5-8个原子。化合物的立体化学也对活性至关重要。,R,构型化合物活性最好。,28,和,29,是活性最好的两个化合物，其PPAR EC50分别是110 nM 和274 nM。,31,2. 合成 PPAR 激动剂,2.4 二芳基醚羧酸衍生物,LY293111 (,30,)是一个二芳基醚羧酸衍生物，也是一个PPAR 激动剂，已经进入期临床实验。,32,2. 合成 PPAR 激动剂,2.5 吲哚类化合物,Mahindroo等人合成了一系列吲哚类PPAR 激动剂，并研究了构效关系。正丙基或正丁基是,最佳的linker连接,；5-取代的吲哚、羧酸头是,最佳的PPAR 结合基团,；苯基恶唑尾是,最佳的效应基团,。吲哚基团可与PPAR 活性位点疏水结合，是重要的结合基团。通过体外实验，发现了先导化合物BPR1H036,(,31,)。,33,四、PPAR 部分激动剂,最近临床前研究表明，血管紧张素受体拮抗剂泰米沙坦telmisartan (,32,)是选择性的PPAR 部分激动剂。,34,五、PPAR 拮抗剂,上述PPAR 配体都是其激动剂。发现PPAR 拮抗剂能够提供研究PPAR 信号通路的工具，有重大意义。,在高通量筛选寻找PPAR 配体过程中，GlaxoSmithKline（葛兰素史克）公司发现了,GW9662,(,33,)是PPAR 拮抗剂，其对PPAR 拮抗活性IC50达到纳摩尔数量级，且对PPAR 有选择性拮抗作用。,35,六、PPAR / 双重激动剂,天然,PPAR,/,双重激动剂,8-(S)-HETE,(,34,),是花生四烯酸代谢产物，是,PPAR ,强激动剂,(EC50 = 100,nM,),，对,PPAR ,也有部分激动活性。因此，,Caijo,等人,选择,8-(S)-HETE,作为先导化合物，设计其类似物,(Fig.,11,),。,Fig. 11.,8-(S)-HETE及其喹啉类衍生物.,36,部分类似物表现出PPAR /双重激动活性。其中活性最好的一个化合物是喹啉类化合物,35,。其结构特点是在56位有一个炔键。该化合物对PPAR 的EC50是114 nM，对PPAR 的EC50是617 nM。,Fig. 11.,8-(S)-HETE及其喹啉类衍生物.,37,2. 合成PPAR / 双重激动剂,2.1 -取代苯丙酸衍生物,替赛格列他Tesaglitazar,(,36, AZ242)是苯丙酸衍生物，是PPAR / 双重激动剂。,38,2. 合成PPAR / 双重激动剂,具有PPAR / 双重激动活性的该类化合物还有SB 213068 (,37,)。,Lohray等人用不同的三环系统取代SB 213068 (,37,)的甲氨基苯并恶唑基团，发现了罗格里扎ragaglitazar (,38, (-)DRF 2725), 是含有吩嗪结构的苯丙酸类化合物(Fig.,12-1,)。罗格里扎ragaglitazar是PPAR / 双重激动剂，其EC50分别是0.98 和 0.092 uM。,Fig. 12-1.,罗格里扎ragaglitazar的发现.,39,2. 合成PPAR / 双重激动剂,Novo Nordisk（诺和诺德）公司用咔唑三环系统替代罗格里扎ragaglitazar的吩嗪三环系统，发现了3q (,39,)，是PPAR / 双重激动剂，PPAR (EC50 = 0.36 uM)，PPAR (EC50 = 0.17 uM) (Fig.,12-2,) 。,Fig. 12-2.,3q的发现.,40,2. 合成PPAR / 双重激动剂,此外，Eli Lilly（礼来）公司和Ligand公司发现LY510929 (,40,) 是PPAR / 双重激动剂，其EC50分别是9和4 nM。,41,2. 合成PPAR / 双重激动剂,Eli Lilly（礼来）公司研究了含有苯氧基苯醚结构的2-烷氧基苯丙酸类化合物构效关系，发现了改变苯氧基的取代位置会调节PPAR各亚型的活性，调节PPAR各亚型的选择性。,LY519818,(,41,) 是一个PPAR 高效激动剂，也是一个PPAR 弱激动剂。,42,2. 合成PPAR / 双重激动剂,基于已知的-烷氧基苯丙酸和-氨基苯丙酸类PPAR激动剂的结构，Bristol-Myers Squibb（百时美施贵宝）公司通过电子等排策略设计了一个苄基甘氨酸类化合物,42,。通过这种改变，可以除去一个手性中心，简化合成，更易于衍生化。通过将,42,的,N,-苄基用其他基团替换，发现了莫格他唑muraglitazar (,43, BMS-298585)，这是一个PPAR / 双重激动剂(Fig.,13,)，其EC50分别是PPAR (EC50 = 320 nM)；PPAR (EC50 = 110 nM)。,Fig. 13.,莫格他唑,muraglitazar的发现,43,2. 合成PPAR / 双重激动剂,2.2 苯氧基烷酸类（Fibrates）类似物,Eli Lilly（礼来）公司和Ligand公司将已知PPAR 和PPAR 选择性激动剂的药效团整合到一个分子中，设计合成了丙酸衍生物,44,。,44,具有PPAR / 双重激动活性。,44,2. 合成PPAR / 双重激动剂,噻唑烷二酮类药物在其母核5位有一个手性中心，并且仅仅(,S,),-,对映体有选择性PPAR 活性。2-苯氧基异丁酸是苯氧基烷酸类药物的共有结构，具有弱的PPAR 激动活性。将苯氧基烷酸结构环合，将噻唑烷二酮看作是羧酸基团的结构类似物，Merck公司设计合成了一系列结构新颖的(2,R,),-,色烷-2-羧酸类PPAR激动剂(Fig.,14,)。,Fig. 14.,苯氧基烷酸环合策略.,45,2. 合成PPAR / 双重激动剂,他们成功的将PPAR 和PPAR 活性整合到一个分子中。通过PPAR /双重激动活性的构效关系研究，他们发现了PPAR /双重激动剂,45,。,46,2. 合成PPAR / 双重激动剂,Merck公司发现了O-芳基扁桃酸类PPAR激动剂,46,(Fig.,15,)，其对PPAR 激动活性是微摩尔数量级，而对PPAR 激动活性是纳莫尔数量级（Ki 63 nM）。,46在,50 mM时仍对PPAR 无活性，说明对PPAR 和PPAR 有高度选择性。在此基础上，他们又合成了,46,的类似物,47,(Fig.,15,)。,Fig. 15.,48的发现.,47,2. 合成PPAR / 双重激动剂,他们又将苯氧基烷酸类药物中的异丁酸基团和,47,的亲脂基团芳氧基整合到一个分子中，设计了2-芳氧基-2-甲基-丙酸类化合物,48,(Fig.,15,)。,48,是PPAR /双重激动剂，对激动活性强，对激动活性弱。,Fig. 15. 48,的发现.,48,2. 合成PPAR / 双重激动剂,通过对-氧取代苯丙酸的结构简化，Pinelli等人设计合成了(S)-7,(,49,)，是一个PPAR /双重激动剂。构效关系研究表明，其结构中的立体化学对活性至关重要。,49,2. 合成PPAR / 双重激动剂,2.3 噻唑烷二酮类（TZDs）,日本Kyorin公司的科学家发现了PPAR /双重激动剂KRP-297 (,13,)，这是一个亚微摩尔数量级的PPAR /双重激动剂，其:活性比约为2。,50,2. 合成PPAR / 双重激动剂,Merck公司发现了一系列,5-芳基噻唑烷二酮类,PPAR /双重激动剂。这些化合物的,噻唑烷二酮母核与苯环直接相连,。化合物,50,是一个PPAR 选择性激动剂，它的,噻唑烷二酮母核位于苯环的对位,。,当噻唑烷二酮母核位于苯环的间位时,(,51,)，表现出PPAR /双重激动活性(Fig.,16,).,Fig. 16.,5-芳基噻唑烷二酮类PPAR /双重激动剂的结构改造和构效关系研究,51,2. 合成PPAR / 双重激动剂,构效关系研究表明：,3-碳亚甲基链是必须的,，,正丙基取代在苯环C-2位活性最佳,。因此他们在保留这些活性基团的基础上，根据,生物电子等排原理,，,将噻唑烷二酮母核TZD替换成恶唑烷二酮母核OZD，设计合成了52（X = O）,(Fig.,16,)。,Fig. 16.,5-芳基噻唑烷二酮类PPAR /双重激动剂的结构改造和构效关系研究,52,2. 合成PPAR / 双重激动剂,进一步的构效关系研究表明，,苯环C-4位是重要的结构改造位点,。通过改造，发现了口服有效的PPAR /双重激动剂,53,(Fig.,16,)。,Fig. 16.,5-芳基噻唑烷二酮类PPAR /双重激动剂的结构改造和构效关系研究,53,七、PPAR 激动剂,与PPAR 和 相比，还没有靶向于PPAR 的上市药物。由于缺乏PPAR 的选择性配体作为研究其药理学的工具，PPAR 的生理功能仍是未知的。 因此，发现PPAR 高效选择性的配体对于阐明其功能至关重要。然而，现在已知的绝大部分配体都对PPAR 活性不好，或者缺乏选择性。,54,通过高通量筛选，结合组合化学策略，GlaxoSmithKline（葛兰素史克）公司构建了含有亲脂性羧酸结构的化合物库。经过进一步结构优化，他们发现了第一个真正选择性的PPAR 激动剂,GW501516,(,54,) 及其,类似物GW0742,(,55,)。 这两个化合物对PPAR 的EC50 是 1.1 nM，对其他亚型的选择性是1000倍。这两个化合物可以作为,研究PPAR 功能的工具,。,55,八、PPAR / 三重激动剂,两性分子化合物,通过对两性分子,56,进行结构改造，,Merck,公司报道了一系列,苯并恶唑类,PPAR,/,三重激动剂。,57,是一个高效非选择性的,PPAR/,三重激动剂。,保留,57,的亲脂性尾部，对其酸性头部进行结构优化，发现了,58,(Fig. 17),，其对,PPAR , , ,的,EC50,分别为,6, 20, 5,nM,。,Fig. 17.,两性分子类PPAR / 三重激动剂的结构优化.,56,2. -取代苯丙酸及其二聚物,以PPAR/双重激动剂3q (,39,)为先导化合物，Novo Nordisk（诺和诺德）公司发现了PPAR / 三重激动剂(,59,)。,Fig. 18.,-取代苯丙酸及其二聚物类PPAR /三重激动剂的发现,57,为了深入的研究PPAR /三重激动剂的结构特点，他们又设计合成了,60、,NNC 61-4655,(,61,)及其二聚体,62,、,63a,、,63b,(Fig.,18,)。,Fig. 18.,-取代苯丙酸及其二聚物类PPAR /三重激动剂的发现,58,活性测试表明，,60,和NNC 61-4655是高效非选择性的PPAR /三重激动剂，其中NNC 61-4655的活性是 : EC50 = 0.0067 uM; : EC50 = 1.13 uM; : EC50 = 6.90 uM。三个二聚物对三个PPAR亚型都有激动活性。,59,MCC-555,MCC-555,(,64,),也是一个,PPAR,/,三重激动剂。,60,