專利名稱：具有不同P³位結(jié)構(gòu)的肼腈類組織蛋白酶抑制劑及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于組織蛋白酶(Cathepsins)抑制劑的設(shè)計及合成領(lǐng)域，具體涉及針對四種組織蛋白酶(K、B、L和S)的具有不同P3位結(jié)構(gòu)的新型、高效肼腈類抑制劑。
背景技術(shù)：
組織蛋白酶(Cath印sins，Cats)是半胱氨酸蛋白酶家族的主要成員，目前在人體中已被發(fā)現(xiàn)的有11種。它們是一類主要存在于溶酶體中的胞內(nèi)蛋白酶，在中性溶液中不穩(wěn)定并且活性較低，只有在弱酸性環(huán)境中才易被活化和發(fā)揮其生理功能[1]。溶酶體中的Cats通過水解切除某些酶原或激素原的前體肽而生成其活性形式，或通過激活其它的蛋白水解酶系統(tǒng)而使其發(fā)揮作用。除了具備降解蛋白質(zhì)的主要功能外，Cats還被認為與人體腫瘤、骨質(zhì)疏松癥、骨關(guān)節(jié)炎等多種重要疾病密切相關(guān)，是近年來備受關(guān)注的一類藥物靶標蛋白酶[2’3]。此外，近期的研究還表明，埃博拉病毒和SARS的傳播也直接與組織蛋白酶相關(guān)[4’5]。 由Cats表達異常所引起的疾病很常見，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Cat K與多種病理現(xiàn)象(如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，骨關(guān)節(jié)炎及骨質(zhì)疏松癥，骨腫瘤的浸潤和轉(zhuǎn)移)都直接相關(guān)，而且它與骨質(zhì)疏松癥的關(guān)系被研究得最多、最深入。目前已有研究表明血清中Cat K濃度水平與骨密度有很強的相關(guān)性，可以用作預(yù)測骨折風(fēng)險的標志M ;Cat B是第一個被發(fā)現(xiàn)與乳腺癌相關(guān)的溶酶體蛋白酶，除此之外它還被報導(dǎo)與多種人體腫瘤的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切目前已在人類和動物的多種腫瘤(如胃癌、膀胱癌、結(jié)腸癌、神經(jīng)膠質(zhì)瘤、黑色素瘤等沖都發(fā)現(xiàn)Cat B高水平表達或活性升高。而且，還有研究認為Cat B活性、濃度增高是移行性細胞癌變病人體內(nèi)腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移以及預(yù)后較差的一個危險因子；Cat S在退行性疾病和自身免疫性疾病的發(fā)病過程中都具有重要的作用它參與主要組織相容性復(fù)合體II類分子調(diào)節(jié)的抗原提呈作用，其過量表達與腫瘤的生長、血管的生成和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)；Cat L可以通過催化降解基質(zhì)膜，促進腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移，已經(jīng)在腎癌、睪丸癌、肺非小細胞癌、乳腺癌、卵巢癌、結(jié)腸癌、膀胱癌和甲狀腺癌等多種癌癥中發(fā)現(xiàn)Cat L高表達。所以，對Cats抑制劑的研究成為目前藥物研發(fā)的一個熱點，國內(nèi)外眾多研究機構(gòu)和制藥公司、特別是那些主要以蛋白酶和多聚酶為靶點來開發(fā)新藥的制藥公司都已投入了大量的資金用于Cats小分子抑制劑的研究和開發(fā)[7_1(1]，表明Cats的抑制劑在藥物應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的前景。針對其作用特點，尋找具有良好的抑制效應(yīng)、選擇性、穩(wěn)定性、可逆性以及肌體吸收度等特性的組織蛋白酶抑制劑將對相關(guān)疾病的治療有著極為重要的意義。由于Cats在序列上具有高度保守性，它們在空間結(jié)構(gòu)上也都由兩個幾乎同樣大小的結(jié)構(gòu)域一L (Left)域和R (Right)域組成，中間是一個“V”形的活性位點溝槽，L結(jié)構(gòu)域中的Cys25和R結(jié)構(gòu)域中的Hisl59、Asnl75等活性殘基均暴露其中。在弱酸性環(huán)境中，Hisl59殘基中的咪唑基能使Cys25殘基中的巰基極化而失去質(zhì)子，形成Cys25-S_/Hisl59-ImH+離子對；而Asnl75則通過與Hisl59形成氫鍵使Hisl59殘基中的咪唑基同Cys25殘基中的巰基保持合適的構(gòu)象，使該離子對更加穩(wěn)定。由于Cys25-S_負離子具有很強的親核能力，能進攻其底物肽中的羰基碳，同時通過脫?；饔檬沟煤驶幕鶊F離去，從而發(fā)揮其蛋白水解作用[1]。目前，有關(guān)Cats抑制劑的設(shè)計，基本都是根據(jù)酶催化所必需的該活性位點及底物結(jié)合域中氨基酸N-末端和C-末端的作用關(guān)系。從結(jié)合類型上看，組織蛋白酶的合成類小分子抑制劑可分為可逆型和非可逆型?？赡嫘椭饕ㄖ咀孱?、環(huán)酮類、醛類和腈類；非可逆型主要有環(huán)氧琥珀酸衍生物、
內(nèi)酰胺、乙烯基砜和酰肼類等[2]。其中腈類小分子抑制劑不但具有良好的可逆性、選擇性和抑制活性，而且具有很好穩(wěn)定性，相對于上述幾類抑制劑具有更強的藥物開發(fā)潛力，從而備受關(guān)注。這些抑制劑對酶活性抑制的作用機制都是利用抑制劑小分子的進攻基團直接與酶分子中Cys25位的巰基形成共價健，并依靠其它位點所形成的多個氫鍵和疏水相互作用進一步穩(wěn)固它們之間的這種結(jié)合，從而使酶失去活性。最近，在上述研究基礎(chǔ)之上，又發(fā)現(xiàn)的一類新型、高效Cats抑制劑一肼腈類抑制齊U。通過將P1位上的氨基乙腈基團改為肼腈基團，使它對Cat K的抑制常數(shù)由原來的微摩爾濃度級(PM)降低到納摩爾濃度(nM)、甚至皮摩爾濃度級(pM)[11]。肼腈基團在P1位的 引入雖然使抑制劑對Cats的抑制效應(yīng)有大幅度的提高，但由于它們與酶分子間極強的結(jié)合力致使其對不同Cats的抑制選擇性很差。因此，提高這類抑制劑對不同種組織蛋白酶、尤其是Cat K的選擇性成為近期該領(lǐng)域的首要研究目標。鑒于Cats對正常生理過程的作用十分復(fù)雜性，對它的廣譜抑制勢必會導(dǎo)致臨床實驗難以預(yù)料的副作用。因此，如何設(shè)計、合成具有高選擇性、高穩(wěn)定性的Cats抑制劑一直是該領(lǐng)域所面臨的一個巨大的挑戰(zhàn)。通過改變進攻基團以外的其它各基團的結(jié)構(gòu)和大小來調(diào)整抑制劑分子與酶的活性位點所處的空腔大小相匹配，是提高抑制劑對酶選擇性的常用策略。因此，我們將以提高Cat K的選擇性為研究目標，以改變P3基團的大小、親疏水以及推拉電子效應(yīng)來設(shè)計合成高選擇性抑制劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一系列具有不同P3位結(jié)構(gòu)的新型高效肼腈類蛋白酶抑制劑。本發(fā)明所述的肼腈類蛋白酶抑制劑的結(jié)構(gòu)式如下所示
權(quán)利要求
1.具有不同P3位結(jié)構(gòu)的肼腈類組織蛋白酶抑制劑，其結(jié)構(gòu)式如下所示
2.如權(quán)利要求I所述的具有不同P3位結(jié)構(gòu)的肼腈類組織蛋白酶抑制劑，其特征在于烷基是具有1-4個碳原子的直鏈或異構(gòu)烷基。
3.如權(quán)利要求2所述的具有不同P3位結(jié)構(gòu)的肼腈類組織蛋白酶抑制劑，其特征在于燒基是甲基、こ基、正丙基、異丙基、丁基或異丁基。
4.如權(quán)利要求I所述的具有不同P3位結(jié)構(gòu)的肼腈類組織蛋白酶抑制剤，其特征在于芳基是苯、噻吩或吡啶。
5.如權(quán)利要求I所述的具有不同P3位結(jié)構(gòu)的肼腈類組織蛋白酶抑制剤，其特征在于環(huán)烷基是環(huán)丙烷、環(huán)丁烷、環(huán)戊烷、環(huán)己基、嗎啉或哌嗪。
6.權(quán)利要求f5任一項所述的具有不同P3位結(jié)構(gòu)的肼腈類組織蛋白酶抑制劑在抑制組織蛋白酶方面的應(yīng)用。
7.如權(quán)利要求6所述的具有不同P3位結(jié)構(gòu)的肼腈類組織蛋白酶抑制劑在抑制組織蛋白酶方面的應(yīng)用，其特征在于組織蛋白酶是組織蛋白酶K、組織蛋白酶L、組織蛋白酶B或組織蛋白酶S。
全文摘要
本發(fā)明屬于組織蛋白酶(Cathepsins)抑制劑的設(shè)計及合成領(lǐng)域，具體涉及針對四種組織蛋白酶(K、B、L和S)的具有不同P3位結(jié)構(gòu)的新型、高效肼腈類抑制劑。本發(fā)明中所述的肼腈類抑制劑的主體結(jié)構(gòu)如下式所示，其中R1為異丁基，R2為烷基，芳基，環(huán)烷基等。本發(fā)明設(shè)計、合成的擬肽肼腈類抑制劑具有結(jié)構(gòu)相對簡單、易于合成的優(yōu)點；并且母體結(jié)構(gòu)的設(shè)計和合成極大地方便了后續(xù)終產(chǎn)物的合成。所合成的化合物均能高效地抑制Cat K、B、S、L的活性，對Cat K、L的抑制常數(shù)在皮摩爾濃度(10-12M)級；對Cat B、S的抑制作用稍弱，抑制常數(shù)在納摩爾濃度(10-9M)級。
文檔編號A61K31/4409GK102731344SQ201210179098
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者任興鳳, 吳玉清, 李洪偉 申請人:吉林大學(xué)