新型脑靶向AMPAR正向调节剂的设计、合成与广谱抗失能剂活性评价

Compared to traditional incapacitating agents, new incapacitating agents based on the mechanism of respiratory depression have advantages of rapid effect and short-acting, which have become the focus of research. The diversification of development poses a severe challenge to medical protection. Developing broad-spectrum drugs is an effective choice. Study shows that alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionic acid receptor （AMPA）receptor plays a critical role in the generation of basic respiratory rhythm in the pre-Botzinger Complex. For the first time, we proposed that AMPA receptor could be regarded as targets for broad-spectrum drugs against incapacitating agents. However, the AMPA receptor modulators available now remain not yet satisfied because of their essential deficiencies, such as possible toxicities and high administration dose caused by limited permeability of blood brain barrier. Our study is based on the early discovered active ampakine compound LCX001. The research purpose is to verify the feasibility of selection of AMPA receptor as the drug target and design brain-targeted prodrugs of LCX001 by applying chemical delivery system. This project will help to develop highly effective compounds against incapacitating agents.

基于呼吸抑制的新型失能剂较传统失能剂具有起效快，作用时间短等显著优势，发展多样化的呼吸抑制失能剂已成为研发趋势。多样化的新型失能剂给医学防护带来严峻挑战，广谱对抗策略是为之有效选择。研究证实，前包钦格复合体中的α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸（AMPA）受体介导人体基本呼吸节律的产生。本课题首次提出将AMPA 受体作为潜在的广谱抗失能剂靶标。目前的AMPA受体调节剂尚存在诸多本质缺陷，包括有限的血脑屏障通透性导致高剂量给药，存在安全性风险。我们的研究目的是，基于前期发现的高活性AMPA受体化合物LCX001，验证将AMPA 受体作为广谱抗失能剂靶标的可行性；同时利用化学传递系统对LCX001进行脑靶向前药的优化改进，从而为发展高活性广谱抗失能剂候选化合物作打下基础。

芬太尼类，巴比妥类等基于呼吸抑制的新型失能剂起效快，严重时造成人员死亡，给医学防护带来严峻的挑战。广谱对抗策略是为之有效的选择，本课题前期研究表明α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸（AMPA）受体正向调节剂LCX001具有广谱抗失能剂活性，但同时存在血脑屏障通透性差，活性不足等缺陷。本课题的研究目标是以LCX001为先导化合物，明确其作用机制，进一步通过脑靶向前药策略和计算机辅助药物设计，发展高活性的抗失能剂候选化合物。本课题首先通过荧光定量试验表明LCX001通过增加AMPA-GluA2在细胞膜分布减缓阿片类药物引起的钙超载，从而发挥抗呼吸抑制作用。在明确LCX001的作用机制后，首先为改善其血脑屏障通透性，本课题采用“硫胺素脑靶向”策略，共设计酯类和碳酸酯类两类目标物，并首次利用微型核磁技术实现了对硫胺素“锁死离子中间体”的反应监测，共成功合成目标产物24个。通过抗失能剂急性致死实验初筛，发现XD-17-41B、XD-18-28C等药物能显著提升小鼠存活率。下一步将开展优选化合物的体内广谱抗失能剂活性研究。同时我们根据分子对接，发现LCX001具有刚性平面。通过刚性限制策略增加化合物活性，共设计苯并二氧六环类，苯并二氧戊环类，苯并恶二唑类三条合成路线，成功合成化合物12个。通过促配体受体结合实验筛选出优选化合物CX1739。稳转AMPAR细胞膜片钳试验表明CX1739能增加AMPA受体稳态电流，同时Flipr荧光试验表明CX1739不会引发Ca2+内流。体内药代动力学试验表明尾静脉给药后，CX1739能迅速穿透血脑屏障，脑中的达峰时间（Tmax）为2min。最后体内药效学研究表明CX1739能在10min内迅速逆转阿片激动剂TH-030418，戊巴比妥钠和乙醇造成的呼吸抑制，表明CX1739是有发展前景的广谱抗失能剂药物。