基于Asn768亚口袋的新型黄嘌呤氧化酶抑制剂的设计合成、活性评价及机制研究

Xanthine oxidase (XO) is an crucial target for the treatment of hyperuricemia and gout. Asn768- Sub-Pocket, a sub-cavity in the middle of the XO molybdopterin active pocket, is expected to be a new site for the design of XO inhibitor. In our previous studies, we reported a novel XO inhibitor NAP21 based on isonicotinamide scaffold. This project intends to discuss the structure-activity relationship (SAR) of Asn768-Sub-Pocket through the structural modification of NAP21. Based on the reconstruction of NAP21 "Hydrogen Bond Lock", a series of studies, covering rational drug design, construction of the database with designed compounds, multiple virtual screening techniques, directional synthesis and structural characterization, evaluation of in vitro and in vivo activity and toxicity, studies of enzyme kinetics and investigation of the interaction between target compound and Asn768-Sub-Pocket using point mutation method, will be carried out. This project is expected to obtain 1-3 novel highly active candidate compounds, elucidate the structure-activity relationship of Asn768-Sub-Pocket, clarify the interation between candidate compounds and Asn768-Sub-Pocket, and finally contribute to the development of novel anti-XO candidates for the treatment of hyperuricemia and gout.

黄嘌呤氧化酶（Xanthine oxidase, XO）是高尿酸血症和痛风治疗的重要靶点。Asn768亚口袋是XO钼蝶呤活性口袋中段的一个较大亚空腔，有望成为XO抑制剂分子设计的新位点。在前期研究中申请人首次报道了新型异烟酰胺类XO抑制剂NAP21。本项目拟以NAP21为先导物，围绕“氢键锁扣”重构，针对Asn768亚口袋进行合理药物设计；构建虚拟化合物库；进行Lipinsiki法的类药性评价；利用分子对接和药效团模型进行活性预测；筛选出评价良好的目标化合物进行定向合成和结构表征；进行药效学和毒性评价；进行酶动力学研究明确抑制类型；构建XO Asn768点突变细胞模型考察化合物与亚口袋的相互作用。最终，期望获得1-3个结构新颖的高活性候选化合物，阐明Asn768亚口袋的构效关系，明确候选化合物与Asn768亚口袋的结合，为创制高活性抗高尿酸血症和抗痛风候选药物奠定基础。

在高尿酸血症和痛风的治疗中，黄嘌呤氧化酶（Xanthine oxidase, XO）抑制剂具有不可替代的重要作用。前期研究中申请人首次报道了新型异烟酰胺类XO抑制剂NAP21，并发现NAP21缺失与Asn768亚口袋的关键氢键作用。本项目以NAP21为先导物，围绕“氢键锁扣”重构，针对Asn768亚口袋进行了系统的药物化学研究：通过构建虚拟化合物库，进行Lipinsiki法的类药性评价及基于分子对接和药效团模型的虚拟筛选；对评价良好的约160个酰胺类目标化合物进行定向合成、结构表征及体外酶抑制活性评价；对酶抑制活性优良的近10个化合物进行了体内活性、酶动力学、分子对接、分子动力学、细胞毒性、肝微粒体稳定性等研究。最终获得了2个结构新颖、亲和力优异的XO抑制剂TS10和TS-A6。分子模拟研究表明TS10和TS-A6均可以与Asn768亚口袋形成“氢键锁扣”，对结合亲和力具有显著贡献。本项目的研究成果已申请发明专利3项，发表研究论文6篇，协助培养研究生4人，基本达成了预期的结果。通过本项研究：申请人较为系统地阐明了酰胺可以作为XO抑制剂分子设计的“链接”框架，并提出了 “酰胺型黄嘌呤氧化酶抑制剂（amide-based xanthine oxidase inhibitors）”的概念；明确了Asn768亚口袋作为“氢键锁扣”位点在XO抑制剂分子设计中的重要作用；证实四氮唑可以作为匹配XO“氢键锁扣”的重要药效片段；获得了2个结构新颖、亲和力优异的XO抑制剂TS10和TS-A6，为XO抑制剂的分子设计提供了新的见解。