人羧酸酯酶与配体相互作用规律及其分子机制研究

Carboxylesterases (CEs, mainly CE1 and CE2 in human tissue) are not only responsible for metabolism of ester-containing drugs, but also key targets of disease, such as atherosclerosis and hypercholesterolemia. The lack of knowledge of the structural preference of CEs ligands and their molecular mechanism greatly hindered the depth understanding of CEs and the development of specific ligands. The project base on our previous works, use self-developed specific optical probe substrate of CEs, with structural diversity of ligand-compounds library to systematically investigate the relationships of CE1&CE2 and ligands and their intrinsic mechanism. In vitro metabolism/inhibition, molecular calculation simulation as well as amino acids mutation in catalytic region will be employed to study the interactions of CE1&CE2 and ligands, which will uncover effects of structural difference of enzyme and ligands on the recognition, binding and catalytic/inhibitory behaviors between CEs isoforms and ligands. The study will provide structural and mechanistic insights into the CE1&CE2-ligand interactions, which will provide guidance for the prediction of human pharmacokinetic parameters and personalized medicine. Moreover, this study may also be useful to rationally develop highly isoform-specific ligands and will be theoretical basis and foundation rational modification of leading compound.

羧酸酯酶（CEs，人体主要包括CE1和CE2）不仅是影响酯类药物在人体代谢清除的关键代谢酶，也是高血脂等疾病的重要治疗靶点。当前由于缺乏对CE1和CE2与配体相互作用规律及其分子机制的认识，极大限制了高效、特异性的CEs抑制剂/底物的研发及其应用研究。本项目拟在前期工作基础上，以自主研发的CEs亚型特异性光学探针底物为核心，借助结构多样性的配体化合物库，利用体外代谢/抑制实验，联合分子计算模拟和定点突变技术，开展典型模式化合物及其衍生物与CE1和CE2相互作用研究；通过系统比较酶大分子和配体小分子两方面结构差异对CEs的配体结合和催化/抑制行为差异的影响，深入揭示CE1和CE2偏好配体的结构类型及其相互作用机制。以期为人体药代参数的预估和个性化药物治疗提供理论指导，也为理性研发CE1和CE2高选择性配体以及先导化合物的合理改造提供研究基础。

羧酸酯酶（CEs，人体主要是CE1和CE2）不仅参与多种酯类药物的代谢，同时也是高脂血症等疾病的关键治疗靶点。深入揭示CEs-配体间的相互作用规律及其分子机制对于人体药代参数的预估和开发CEs亚型特异性的抑制剂/探针底物具有重要指导意义。本研究针对目前CE1和 CE2亚型特异性抑制剂十分有限，CE1&CE2 与配体间相互作用机制及其偏好的抑制剂结构类型的认识尚不清楚的现状。借助申报人前期获得的多种特异性探针底物，结合CE1和CE2的结构多样性的抑制剂化合物库，系统研究了CE1&CE2-配体间的相互作用规律及其内在机制。为人体药代参数的预估和个性化药物治疗提供理论指导，同时也为理性研发CE1&CE2高选择性配体分子以及先导化合物的合理改造提供理论基础。主要研究进展包括：1）通过化合合成手段，分别构建了以五环三萜和吡唑啉酮为母核的化合物库；2）完成了五环三萜类化合物对CE1&CE2抑制效果与抑制差异性的研究；3）完成了五环三萜类化合物结构-抑制活性及化合物结构-抑制特异性的构效关系研究；4）完成了吡唑啉酮类化合物对CE2抑制效果研究及结构-抑制活性的构效关系研究；5）完成了厚朴酚衍生物结构-抑制活性评价及化合物结构-抑制效果的构效关系研究；6）利用计算机分子模拟，发现了CE1&CE2与抑制剂的关键作用位点；7）完成了CE1与探针底物的结构-代谢活性关系研究； 8）完成CE1探针底物在各个动物种属中的差异性代谢研究。截止目前，本课题已圆满完成课题任务书中计划的各项研究内容，其科研任务量已大大超出原有计划任务。本项目共发表SCI论文12篇；申报国家发明专利2项；参与编写《系统药代动力学》一部；培养博士后1名，博士研究生1名，硕士生3名，本科生1名。