基于色氨酸羟化酶-1(Tph-1)的新型抗骨质疏松分子的设计、合成与生物活性研究

Currently, the most clinically available antiosteoporosis therapies are antiresorptive agents, available anabolic one is only recombinant human parathyroid hormone (PTH), while there is still no drug with dual effects. Gut-derived serotonin (GDS) inhibits bone formation and its initial biosynthesis enzyme, tryptophan hydroxylase-1 (Tph-1) is a novel target for the anabolic agents design. From the derivatives of a natural product oleanolic acid, we discovered a compound QOA-8a that possessed potent anti bone resorptive effect. More interesting thing is this compound possesses dual effects with inhibiting Tph-1 activity and accelerating bone formation. The current project aims at developing the green synthesis strategy guided by molecular docking method that targets Tph-1, constructing novel compounds, while keeping the antiresorptive activity. Through detailed evaluation of interaction between the compounds and Tph-1, the project also points to clarifying the structure-activity relationship, guiding the rational syntheses and especially improving the anabolic activity. Furthermore, the current work is to examine the in vivo effects of the compounds possessing dual antiresorptive and anabolic properties, and also their influence on unique signal pathways with the dual effects. The final goal of the project is to discover 1-2 novel antiosteoporosis molecules. The results of the current project would lay a proper foundation for the development of innovative antiosteoporosis drugs with intellectual property rights.

目前绝大多数骨质疏松治疗药以抑制骨吸收为主，促进骨形成的仅有甲状旁腺素，还没有两者兼具的双重作用药物。肠源性血清素具有抑制骨形成作用，其合成初始酶1型色氨酸羟化酶（Tph-1）是骨形成促进剂的新型设计靶标。申请人从天然产物齐墩果酸的衍生物中发现了一个具有较强抑制骨吸收活性的分子QOA-8a，有意思的是发现该分子还能抑制Tph-1活性、促进骨形成，具有双重作用。本项目在保持抗骨吸收活性基础上以Tph-1为靶标，分子对接技术为手段，发展理论辅助设计导向性高效绿色合成策略，构建以QOA-8a为基础的新颖化合物；研究化合物与Tph-1的相互作用，阐明构效关系，指导理性合成，着重提高促进骨形成活性；选择兼具抑制骨吸收和促进骨形成活性的化合物进行动物体内验证、深层次双重作用独特信号通路影响的研究，最终得到1-2个新型抗骨质疏松分子。本项目可为拥有自主知识产权的创新型抗骨质疏松药物的研发奠定基础。

骨质疏松症是仅次于心血管疾病的第二大健康杀手。目前绝大多数骨质疏松治疗药以抑制骨吸收为主，促进骨形成的仅有甲状旁腺素，还没有两者兼具的双重作用药物。本项目旨在发现具有促进骨形成、抑制骨吸收双重作用的抗骨质疏松小分子。.由于色氨酸羟化酶1（Tph-1）抑制剂具有促进骨形成作用，本项目以Tph-1为靶标，在生物活性指导下优化了计算机设计技术；在理论设计的基础上，发展了高效绿色合成策略，对齐墩果酸和熊果酸进行了主要为A环并杂环和C28位取代基的结构修饰，构建了173个新颖化合物；同时在杂环的修饰合成过程中，发现了新颖的碳氢键活化和杂环构建方法。评价了所合成化合物对Tph-1的抑制活性，发现了3个具有良好活性的化合物；使用SPR分析了活性好的化合物与Tph-1的相互作用。.在评价化合物促进成骨细胞增殖和抑制破骨细胞分化双重活性的基础上，利用大鼠双侧卵巢摘除模型证实了3个化合物体内通过抑制Tph-1发挥抗骨质疏松活性；同时上调骨形成标记物水平，抑制骨吸收标记物含量，具有双重作用。.对一个化合物的机制研究发现了该化合物显示了抑制破骨细胞ERK1/2的磷酸化水平，上调成骨细胞ERK1/2的磷酸化水平的双重活性，并且该现象在人源性骨吸收与形成过程中得到了印证。进一步利用baiting技术对成骨细胞中活性较好的化合物作用靶点研究中发现了一个未命名蛋白（暂命名为NJx-1），初步细胞水平的实验发现该蛋白与成骨细胞的功能标志物的调控密切相关。.通过本项目，我们将合理设计、绿色化学技术和生物活性评价有机地结合进行结构修饰，得到了3个具有较好体内外双重活性的化合物；发表SCI论文12篇（本项目均为第一致谢），申请专利一件；培养3个博士，一个硕士。本研究对研发拥有自主知识产权具有双重作用的抗骨质疏松新药具有重要意义，为发现崭新的与骨重建相关的信号系统打下了良好的基础。