藥學進展講座

威脅人類的三大疾病是什么！糖尿病藥的使用研究(yánjiū)開發(fā)現(xiàn)狀是怎樣的？應當怎樣發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造平安有效的糖尿病藥？第一頁，共三十六頁?；赑PARα/β/γ三重沖動劑結(jié)構(gòu)模板的新甾體PPARα/β/γ三重沖動劑的設(shè)計、合成及初步(chūbù)平安有效性研究

Design,synthesisandevaluationofnovelsteroidalPPARα/β/γtripleactivatorsusingaknownPPARα/β/γtripleactivatorasstructuraltemplate

第二頁，共三十六頁。糖尿病已成為嚴重危害人類健康的第三大疾病，現(xiàn)有糖尿病藥副作用大、臨床療效(liáoxiào)不理想，需研發(fā)新的糖尿病藥物。分子藥理學研究及平安有效性評價的結(jié)果說明PPARα/β/γ三重沖動劑是理想的2型糖尿病治療藥。目前，糖尿病藥物研究新熱點之一是對PPARα/β/γ三重沖動劑的研究。第三頁，共三十六頁。本研究以的PPARα/β/γ三重沖動劑分子為模版，綜合常規(guī)藥物合理設(shè)計原理設(shè)計了四大類共718個結(jié)構(gòu)新穎甾體綴合的PPARα/β/γ三重沖動劑。期望通過對其中的102個有代表性的化合物的合成和細胞分子水平上的平安有效性的初步評價(píngjià)，總結(jié)構(gòu)效關(guān)系、了解生命體系中與糖脂代謝有關(guān)的大分子之間的作用和信息傳遞，了解糖尿病發(fā)生的分子行為，找到療效好而副作用小的具有PPARα/β/γ三重沖動活性的先導化合物。第四頁，共三十六頁。第五頁，共三十六頁。第六頁，共三十六頁。(一)立項依據(jù)與研究(yánjiū)內(nèi)容1.工程的立項依據(jù)第七頁，共三十六頁。說明：為了簡便，本報告把甾體結(jié)構(gòu)與苯氧乙酸根本結(jié)構(gòu)、苯乙酸根本結(jié)構(gòu)、芐基(biànjī)乙氧基乙酸根本結(jié)構(gòu)、煙酸根本結(jié)構(gòu)或其它PPARα/β/γ三重沖動劑的藥效團拼合起來并加以結(jié)構(gòu)修飾而形成的PPARα/β/γ三重沖動劑簡稱為甾體綴合的PPARα/β/γ三重沖動劑或進一步簡稱為甾體PPARα/β/γ三重沖動劑。第八頁，共三十六頁。⑴糖尿病已成為繼心腦血管、癌癥之后的嚴重危害人類健康的第三大疾病?，F(xiàn)有糖尿病藥療效和平安性仍不理想，世界范圍內(nèi)糖尿病藥的設(shè)計思維活潑，對PPARα/β/γ三重沖動劑的研究意義(yìyì)重大。第九頁，共三十六頁。用組合化學原理設(shè)計系列含分子結(jié)構(gòu)多樣性

“類天然產(chǎn)物〞并合成之，然后在細胞水平上或分子水平上進行生物平安性和有效性初步測試，以了解生命體系(tǐxì)中與糖脂代謝有關(guān)的大分子之間的作用和信息傳遞，了解糖尿病發(fā)生的分子行為，找到療效好而副作用小的先導化合物受到了國家自然科學基金委的高度重視。第十頁，共三十六頁。WHO估計全球糖尿病患者已經(jīng)接近3億。糖尿病已經(jīng)成為繼心腦血管、癌癥之后的嚴重危害人類健康的第三大疾病。在臨床上，糖尿病分為(fēnwéi)胰島素依賴性糖尿病(又稱1型)和非胰島素依賴性糖尿病(又稱2型)，后者占糖尿病患者總數(shù)的90％以上。目前，糖尿病藥物研究主要集中點之一是在對PPARα/β/γ三重沖動劑的研究上。第十一頁，共三十六頁。⑵2型糖尿病的主要原因(yuányīn)是胰島素抵抗，胰島素增敏劑可降低機體對胰島素的拮抗性，使胰島素發(fā)揮正常作用，其作用靶點是過氧化物酶體增生體激活受體PPARs(一種甾體激素核受體)。第十二頁，共三十六頁。過氧化物酶體增生體激活受體PPARs(peroxisomeproliferators-activatedreceptors)是調(diào)節(jié)目標基因表達的核內(nèi)受體轉(zhuǎn)錄因子超家族成員。PPARs具有多種生物學效應，可促進脂肪細胞分化和脂肪生成、增強機體對胰島素的敏感性、調(diào)節(jié)體內(nèi)糖脂平衡等。根據(jù)其結(jié)構(gòu)及功能，PPARs可分為3種亞型：PPARα、PPARβ(又名PPARδ)及PPARγ；PPARγ和兩個(liǎnɡɡè)緊密相連的PPARα和PPARβ受體在核受體超家族內(nèi)組成一個亞族。PPARα、PPARβ在多種組織表達；而PPARγ那么主要在脂肪細胞和脾細胞中表達。第十三頁，共三十六頁。⑶苯氧乙酸根本結(jié)構(gòu)或其電子等排體是PPARα、PPARβ或PPARγ沖動劑的藥效團。PPARα是血漿脂蛋白代謝酶的基因表達調(diào)控器，激活PPARα可降低血中的甘油三酯水平及改善肝臟中的不正常脂類代謝，如圖1所示，1是其代表(dàibiǎo)化合物，4具有PPARα和PPARγ活性。2是有效的PPARα沖動劑。3是一種PPARβ沖動劑，它對PPARβ的選擇性比PPARα和PPARγ強10倍。另外，5和6的PPARβ的選擇性也很強。第十四頁，共三十六頁。第十五頁，共三十六頁。⑷PPAR受體γ亞型沖動劑對胰島素抵抗起關(guān)鍵作用，但PPARγ調(diào)控下的準確生理作用機制并不完全清楚，還有待于進一步研究。為防止漏篩，從多角度設(shè)計PPAR沖動劑很有必要，設(shè)計甾體綴合的PPARα/β/γ三重(sānzhònɡ)沖動劑符合藥物研發(fā)的一般經(jīng)驗準那么。第十六頁，共三十六頁。目前，關(guān)于PPARγ對胰島素抵抗影響有以下幾種(jǐzhǒnɡ)可能的機制：第一、脂肪細胞中PPARγ的活化對內(nèi)分泌有調(diào)節(jié)作用，內(nèi)分泌激素可以作為信號分子影響肌肉和肝中葡萄糖的代謝。因此，PPARγ的激活通過使脂肪細胞減少TNFα、瘦素和其他信號分子的分泌，減少胰島素抵抗，可以局部地增加胰島素的敏感性，并且能改善2型糖尿病病人的葡萄糖耐量。第二、PPARγ激活劑抗高血糖作用的另一個機制是它可以激活糖-脂循環(huán)。PPARγ激活劑通過降低肌肉和脂肪組織中脂肪酸的水平而影響這些組織中葡萄糖的代謝。PPARγ被其配基激活后能降低胰島素抵抗，同時也能改善糖尿病的其它病癥。脂肪酸與葡萄糖代謝過程相互影響，脂肪酸消耗增加可能會改善胰島素的敏感性。第十七頁，共三十六頁。第三，還有一種可能是PPARγ激活劑通過直接激活PPARγ而發(fā)揮抗糖尿病的作用。但無論是在白色脂肪組織還是在棕色脂肪組織，PPARγ對于脂肪細胞(xìbāo)的分化是必需的，是許多抗糖尿病藥物的分子靶點，這也是許多矛盾問題的焦點。目前，發(fā)生在PPARγ調(diào)控下的準確作用機制并不清楚，對這一領(lǐng)域深人研究將有助于了解胰島素抵抗和相關(guān)綜合癥的發(fā)病機制，最終為治療找到更有效、更平安的藥物，使糖尿病及并發(fā)癥的預防和治療成為可能。第十八頁，共三十六頁。⑸芐基乙氧基乙酸(yǐsuān)結(jié)構(gòu)是PPARα/γ雙重沖動劑的藥效團，α取代苯氧乙酸結(jié)構(gòu)也是PPARα/γ雙重沖動劑的藥效團。PPARα/γ雙重沖動劑可在體內(nèi)起到協(xié)同作用。如圖1所示，前期研究中的7和11，臨床前和正在Ⅱ期臨床試驗階段的8，9，10等都是PPARα/γ雙重沖動。12含有α取代(qǔdài)苯氧乙酸結(jié)構(gòu)，也是PPARα/γ雙重沖動，臨床前實驗說明，它能有效地改善胰島素增敏性。第十九頁，共三十六頁。(6)苯乙酸結(jié)構(gòu)是PPARα/β/γ三重沖動劑的關(guān)鍵藥效團，α取代苯氧乙酸(yǐsuān)結(jié)構(gòu)、芐基乙氧基乙酸(yǐsuān)結(jié)構(gòu)也是PPARα/β/γ三重沖動劑的關(guān)鍵藥效團。PPARα/β/γ三重沖動劑是預見中的理想的糖尿病藥。第二十頁，共三十六頁。盡管PPARγ激活劑在臨床上對2型糖尿病效果明顯，但現(xiàn)有藥物有很多的副作用，人們發(fā)現(xiàn)PPARγ選擇性沖動劑會導致肥胖、水腫等不良副作用，而PPARα選擇性沖動劑能用于降血脂，恰好可減少該類副作用。PPARγ的合成配基噻唑烷二酮類藥物(TZDs)已成為治療糖尿病的藥物，可以增強病人體內(nèi)的胰島素敏感性，但臨床療效總的來看并非理想，現(xiàn)有其它(qítā)抗糖尿病藥副作用也明顯，需要進一步研究各種可能作為治療糖尿病的新的化合物。有研究者[14]認為理想的抗2型糖尿病藥物應具有以下特征：①高活性，低毒副作用。②高選擇性。③藥物中不含噻唑烷二酮局部。④不誘發(fā)肥胖，不誘導水尿潴留。⑤能口服，同時改善糖脂代謝。甾體結(jié)構(gòu)的天然特性作為糖尿病藥的藥動團和藥效團可以很好地滿足這些要求。第二十一頁，共三十六頁。PPARβ沖動劑能降低PPARγ沖動劑產(chǎn)生的不良反響，如水腫等，同時，加人PPARβ沖動劑后，由于允許(permissiveaction)作用，使用1/10～1/3原用量的PPARγ沖動劑就可以到達相同(xiānɡtónɡ)的胰島素增敏作用。因此，PPARα/β/γ三重沖動劑是預見中的理想的糖尿病治療藥。如圖2所示，在對PPARα/γ沖動劑進行結(jié)構(gòu)修飾的根底上，Mogensen等合成了13并確定了其作為PPARα/β/γ三重沖動劑的活性。Sauerberg等經(jīng)過進一步的結(jié)構(gòu)修飾又得到了具有PPARα/β/γ三重活性的14和15。16和17都是PPARα/β/γ三重沖動劑。體內(nèi)實驗證實，16和17的二聚體的PPARα/β/γ活性也很高。第二十二頁，共三十六頁。圖2.化合物13、14、15、16、17結(jié)構(gòu)圖第二十三頁，共三十六頁。⑺甾體結(jié)構(gòu)可以作為肽模擬物的天然藥效團和藥動團，可以設(shè)想甾體綴合的PPARα/β/γ三重(sānzhònɡ)沖動劑是一種肽模擬物，因而甾體綴合的PPARα/β/γ三重沖動劑作為治療糖尿病的藥物是理想的，就象腦啡肽的非肽結(jié)構(gòu)肽模擬物一樣。第二十四頁，共三十六頁。關(guān)于治療糖尿病的基因藥物研究國內(nèi)外早已有報道?；蚬こ痰玫降幕钚噪幕蝾愃莆镒鳛樗幬镉性S多缺點，肽類藥物的免疫原性、口服生物利用度低、轉(zhuǎn)運困難、不能穿越血腦屏障等影響了其使用的平安性和有效性，肽分子的柔性使其生物功能多樣化，使肽類藥物增加了不需要的副作用。為了(wèile)克服肽類藥物的劣性，要對肽結(jié)構(gòu)進行化學修飾或結(jié)構(gòu)改造，形成肽模擬物。肽模擬物是比肽更平安有效的藥物。肽模擬物作為先導化合物，其發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)生的途徑之一是隨機篩選或偶然發(fā)現(xiàn)的非肽化合物。這類化合物與活性肽對受體有相同或相似的親和力與活性，其藥效團與活性肽的活性設(shè)想有相似的分布和配置。第二十五頁，共三十六頁。來自動植物的天然甾體化合物，其結(jié)構(gòu)經(jīng)改造后可以作為肽模擬物的優(yōu)良藥效團和藥動團使用。許多非肽化合物是活性肽的受體沖動劑或拮抗劑，大都由隨機篩選或偶然發(fā)現(xiàn)。如阿片類化合物就是腦啡肽的非肽結(jié)構(gòu)肽模擬物，經(jīng)結(jié)構(gòu)改造獲得了結(jié)構(gòu)多樣化種類多(哌啶類、氨基酮類、嗎啡烴類及苯并嗎喃類等)的平安有效的鎮(zhèn)痛藥。因此設(shè)計治療糖尿病的非肽結(jié)構(gòu)的肽模擬物具有廣闊的前景。莫非本研究工程設(shè)計的甾體綴合的PPARα/β/γ三重沖動劑當真就是幸運發(fā)現(xiàn)的治療糖尿病的非肽結(jié)構(gòu)的肽模擬物？如果(rúguǒ)當真是這樣，那確實太幸運了。第二十六頁，共三十六頁。⑻PPARγ有大的配體結(jié)合口袋，如果配體占據(jù)適當多的受體空腔，會有利于體系的穩(wěn)定，產(chǎn)生更好的藥效，這一事實為設(shè)計大分子的甾體PPARα/β/γ三重沖動劑提供(tígōng)了有力依據(jù)。第二十七頁，共三十六頁。高分辨率X射線晶體衍射分析說明PPARγ有大的配體結(jié)合口袋，可以通過這些特征性的口袋設(shè)計新的治療糖尿病的大分子化合物[3]。有學者[21]在對PPARγ沖動劑的3D-QSAR研究中指出，如果配體占據(jù)適當多的受體空腔，會有利于體系的穩(wěn)定，產(chǎn)生更好的藥效。用分子(fēnzǐ)雜交設(shè)計法把不同類型結(jié)構(gòu)的降糖藥的藥效團拼合起來形成新型分子(fēnzǐ)量更大的降血糖藥也有報道。煙酸肌醇酯，分子(fēnzǐ)量到達810，在降血脂和治療糖尿病并發(fā)癥有一定的有效性和平安性也有研究的報道。這一事實也旁證了脂代謝沖動劑可以是分子量很大藥物分子。第二十八頁，共三十六頁。圖3.

煙酸(yānsuān)肌醇酯結(jié)構(gòu)圖第二十九頁，共三十六頁。⑼允許作用原理為設(shè)計甾體綴合的PPARα/β/γ的三重沖動劑提供(tígōng)了理論支持。有的激素本身并不能直接對某些器官、組織或細胞產(chǎn)生生理效應，然而在它存在的條件下，可使另一種激素的作用明顯增強，即對另一種激素起支持作用。這種現(xiàn)象就是著名的允許作用。本研究把有脂質(zhì)調(diào)節(jié)作用的甾體激素結(jié)構(gòu)與PPARα/β/γ受體藥效團苯氧乙酸結(jié)構(gòu)、苯乙酸結(jié)構(gòu)、芐基乙氧基乙酸結(jié)構(gòu)及煙酸結(jié)構(gòu)綴合起來，模擬允許作用增強所綴合的藥效團的藥效，期望能得到有效劑更量低平安性更好的PPARα/β/γ的三重沖動劑。第三十頁，共三十六頁。⑽甾體綴合的PPARα/β/γ三重沖動劑還沒有研究的報道，甾體PPARα/β/γ三重沖動劑的設(shè)計、合成及快速平安有效性評價有經(jīng)驗(jīngyàn)借鑒和理論依據(jù)。第三十一頁，共三十六頁。調(diào)節(jié)內(nèi)分泌激素水平對于治療糖尿病十分重要。甾體激素受體PPARs是目前核受體家族中研究較深入的成員。其沖動劑種類繁多，結(jié)構(gòu)多樣，對糖脂代謝方面的疾病的治療有效。因此有希望從中找到一個療效更好、毒副作用更小的抗糖尿病藥物(yàowù)。甾體結(jié)構(gòu)或其結(jié)構(gòu)改造物與特定的藥效團綴合形成平安有效的藥物(yàowù)已經(jīng)有很多成功的經(jīng)驗。如羅庫溴銨作為目前最正確的中效甾類非去極化型肌松藥就是很好的說明。甾體屬于內(nèi)分泌激素，由血流進入細胞和細胞核，其親脂性保證了其容易從血液進入細胞核。目前，有幾十種療效確實，副作用小，使用平安的甾體激素藥物(yàowù)被收載各國藥典，得到廣泛應用，甾體激素正在向多方面用途開展。第三十二頁，共三十六頁。近年來，在細胞分子水平上進行藥物作用靶點的研究發(fā)現(xiàn)了大量與糖尿病發(fā)病機制有關(guān)的新的受體和酶，這些靶點的發(fā)現(xiàn)為藥物篩選和藥物設(shè)計方法的建立提供(tígōng)了指導作用。在此前提下，高通量篩選(highthroughoutscreening)作為一種藥物篩選技術(shù)迅速開展起來。它以疾病相關(guān)的酶和受體為作用靶點對天然或合成化合物進行活性篩選?？上群Y選發(fā)現(xiàn)PPARγ沖動劑，再通過檢測PPARα、PPARβ靶基因表達的方法來篩選PPARα/β/γ三重沖動劑，從而為糖尿病及其并發(fā)癥的預防和治療提供新藥。目前，已建立了多種PPAR沖動劑的篩選模型，便于快速經(jīng)濟地尋找具有PPAR沖動活性的化合物。第三十三頁，共三十六頁。⑾煙酸