基于倍半萜内酯片段重组的抗骨质疏松先导化合物的发现、优化和机理研究

China and other countries are rapidly getting older, discovering new generation of targeted anti-osteoporosis drugs becomes one of the hotspots in science. In our preliminary studies, for the first time, we discovered sesquiterpene lactones, which were isolated from Chrysanthemum indicum, significantly inhibited osteoclasts by regulating RANKL/RANK-NFkB pathway. With great structural diversity, sesquiterpene lactone as a structural unit widely exist in nature products in the forms of mono-condensation or hetero-condensation products with other structural units. By means of fragments combination approaches, sesquiterpene lactone scaffold based chemical diversity space can be explored for the purposes of discovering anti-osteoporosis lead compounds with the new scaffolds. To prove this hypothesis, this proposal intends to conduct the following studies: (1) investigating other Compositae plants that possess anti-inflammation or anti-osteoporosis properties to discover more compounds with sesquiterpene scaffolds, creating virtual sesquiterpene lactones library and repository; (2) virtually screening the library against anti-osteoporosis drug targets, having the hits confirmed with biological assays; and determining the anti-osteoporosis lead compounds; (3) establishing the SAR of the lead compounds, investigating the MOA of the lead compounds, and optimizing the pharmaceutical properties of the leads. The project will result in a new generation of anti-osteoporosis drug leads, and may pave a new road for natural product fragment based drug discovery.

随着老龄化问题日益严重，发现靶向抗骨质疏松新药成为当前研究的热点之一。前期研究中，我们首次发现从野菊花中分离得到的倍半萜内酯类化合物通过调控RANKL/RANK-NFkB通路显著地抑制破骨细胞形成。倍半萜内酯骨架在自然界分布较广、结构多样，以自聚或与其它天然产物片段杂聚形式存在。运用结构片段重组方法在更大范围探索以倍半萜内酯为单元的分子结构多样性，可能发现具有新骨架的抗骨质疏松先导化合物。为了验证这个假说，本项目拟进行如下研究：（1）扩大从菊科植物寻找新倍半萜内酯类化合物的范围，组建倍半萜内酯虚拟和实体库；（2）对建成的虚拟和实体库化合物库进行抗骨质疏松活性的基于结构和配体的虚拟筛选，并对结果进行生物活性验证，确定先导化合物；（3）研究先导化合物结构与活性的关系和作用机理，对其成药性进行优化。本项目将发现具有新骨架的抗骨质疏松先导化合物，也为基于天然产物片段的药物发现开辟新的研究途径。

随着老龄化问题日益严重，发现靶向抗骨质疏松新药成为研究热点。骨质疏松主要是由于破骨细胞和成骨细胞之间的失衡造成的。RANKL是破骨细胞维持其结构、功能和存活所必须的一种跨膜的可溶性蛋白。2004年，RANKL/RANK-NFkB通路被认为可以作为骨质疏松治疗的一个新靶点。前期研究中，我们首次发现从野菊花中分离得到的倍半萜内酯类化合物通过调控RANKL/RANK-NFkB通路显著地抑制破骨细胞形成。因此，我们提出利用结构片段重组方法，构建倍半萜为单元的分子结构多样性化合物库，发展具有抗骨质疏松活性的先导化合物。本研究主要开展以下内容并取得了重要结果：1.建立骨质疏松活性化合物虚拟库和实体库，虚拟库包含化合物652个，实体库包含化合物198个；2. 完成5种中药或植物的化学成分研究，发现具有显著抗骨质疏松活性的倍半萜和二萜类化合物，并初步评价了二萜类化合物的初步机制。3.基于化学基元重组，设计合成了50个化合物，活性研究发现了一个纳摩尔级抗骨质疏松活性先导化合物10a。4.对我们从旋覆花中分离得到的倍半萜内脂化合物天名精内酯酮，进行基于化学基元组装的设计和合成，发现了抗骨质疏松活性先导化合物X1-4，总结了构效关系，探讨其抗骨质疏松活性机制。该化合物在细胞和动物水平均显示优异的活性。本研究利用基于片段组装方法，发现了倍半萜衍生物的抗骨质疏松活性先导化合物，为基于化学基元或者片段组装的药物设计策略，提供了实验依据和研究思路。