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广东药学院
硕士学位论文
BACE-1抑制剂的设计、合成与构效关系研究
姓名:吴杰
申请学位级别:硕士
专业:药物化学
指导教师:林汉森;聂爱华
2011-05
广东药学院硕士研究生学位论文
BACE-1 抑制剂的设计、合成与构效关系研究
摘要
阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是老年痴呆症的一种主要类型,其病
理特征主要表现为皮质弥漫性萎缩,沟回增宽,脑室扩大,神经元大量减少,
并可见老年斑(amyloid plaques),神经原纤维结(neurofibrillary tangles, NFTs)等。
由于目前对该疾病的病理和生化变化原因尚缺乏全面和实质性的认识,所以在临
床上还没有发现一种药物能够有效的治疗阿尔茨海默病。
ß-淀粉样蛋白链式假说的提出为 AD 药物的研究开辟了新的研究方向,其认为
脑内ß-淀粉样多肽( ß-amyloid peptides, Aβ)的异常聚集和沉积具有神经毒性,导致
AD 的发生。ß-淀粉样多肽是通过ß-分泌酶(BACE-1)和?-分泌酶逐步水解淀粉样前
体蛋白ß–APP 形成的,其中ß-分泌酶则是 Aβ生成的限速酶,因此ß-分泌酶
(ß-amyloid precursor enzyme-1, BACE-1)是干预 AD 进程的理想靶点。
根据 BACE-1 切割 Swedish APP 的作用位点设计的第一代ß-分泌酶抑制剂
OM99-1、OM99-2 和 OM00-3 等,虽然对靶标有强的亲和力,但分子质量均大于
900Da,而且结构上有数个氨基酸残基,导致了其口服生物利用度低,难于透过血
脑屏障。在ß-分泌酶抑制剂的发现进程中,一个突破性的进展是 Merck 公司于 2004
年发现的磺酰胺基取代的间苯二甲酸衍生物类化合物,后来又发现了化合物
CTS-21166,并且已经进入临床 II 期实验。
根据本课题组前期合成出来的先导化合物的药理活性数据显示,先导化合物
具有一定毒性和酸性,而中枢神经药物应该避免酸性,为了解决这些问题,在先
导化合物的基础上借助计算机辅助药物设计,结合文献中报道的 BACE-1 抑制剂
的结构和构效关系对先导物进行了结构的修饰和改造,设计了 4 类化合物,用 Sybyl
中的 Surflex 模块进行分子对接研究,确定了拟合成的目标化合物结构。最终
合成了 19 个化合物,这些化合物目前尚未见文献报道,其结构均通过 1H-NMR,
MS 确认,并且通过高效液相色谱检测了化合物的纯度和通过旋光仪测定了其比旋
光度。
本课题通过六条路线近 35 步反应对所设计的目标化合物进行了合成,同时探
讨并优化了反应路线中的各步反应条件。其中异噻唑酮环合通过控制反应温度和
加料方式使产率提高 40%。通过改变催化剂、溶剂、反应温度和反应方式对 Suzuki
偶联反应的反应条件进行了优化和改进,发现使用碳酸钠溶液和微波反应能够减
少硼酸酯中间体发生自身偶联的机会。氟由于受邻近基团的影响而变得比较活泼,
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通过改变反应顺序和使用非质子性溶剂来降低氟的活性而成功的合成了关键中间
体 1,4-丁磺酸内酰胺。在中间体 F 合成中,通过使用三甲基碘化氧硫而使环氧化
合物的合成能够在常温下顺利进行,避免了低温和昂贵试剂的使用,并通
CHIRALPAK AD-H 手性柱初步探索了 16 个手性化合物的分离条件。
对合成出来的目标化合物进行分子水平的体外抑制 BACE-1 活性的评价,采
用时间分辨荧光法,结果显示有 13 个化合物对 BACE-1 显示了较强的抑制活性,
其中化合物 VIIf、VIIIe 和 IXa 在 100nmol/L 时抑制率大于 75%,其 IC50 值分别为
、 和 ; 对于活性较好的化合物进行了细胞水平的体外抑制细胞
分泌 Aß40 水平的评价,采用 CHO (双转 APP/BACE1 基因) 细胞,结果显示化合
物 VIIIa、VIIIf 和 IXa 在 1µmol/L 时抑制率均大于 45%,其 IC50 值分别为 37nM、
58nM 和 18nM,这些数据表明化合物 VIIIa、VIIIf 和 IXa 对细胞有一定的透膜能
力,其中化合物 VIIIa 和 IXa 即将进入动物实验阶段。
通过对化合物的酶水平和细胞水平筛选的结果分析,并且结合 Sybyl 中的
Surflex模块模拟目标化合物 VIa、VIIe、VIIIf 和 IXa 与 BACE-1 的相互作用方式,
初步分析了目标化合物的构效关系:1)P