以G蛋白为靶点的天然环状氧酯肽的全合成及构效关系研究

G proteins are molecular switch of G protein-coupled receptor (GPCR) signaling, facilitating a plethora of important physiological processes. The complex natural products, cyclic depsipeptides YM-254890 and FR900359 are the only known selective inhibitors of the Gq subfamily of G proteins, but they are not generally available. Recently, we have successfully achieved the first total synthesis of YM-254890 and FR900359 in mini gram scale, later pharmacology characterization showed the IC50 of synthetic YM-254890 and FR900359 on Gq inhibition were 95 nM and 33 nM, respectively, which are identical to natural products. This project aiming at exploring the efficient synthesis of YM-254890, as well as performing the structure activity relationship studies,by using either new synthetic strategies, or optimize the strategy that we have developed, to establish a fast and efficient synthetic route towards this cyclic depsipeptide. With the optimized strategy, we will perform the structure-activity relationship study of YM-254890, including studies on the N-methylated peptide bonds and ester bonds within the molecular backbone, unnatural β-Hle side chain and unsaturated terminal C=C bond, to develop simplified, highly potent and selective Gq inhibitors, as well as providing theoretical and practical basis for further structure optimization. Meanwhile, this project will represent new pharmaceutical tools for explorative studies of G protein functional mechanism.

G蛋白作为分子开关在G蛋白偶联受体(GPCR)的信号传递中发挥着关键作用，调节着大量重要生理功能。环状天然氧酯肽YM-254890 和 FR900359是现存仅有的选择性Gq抑制剂，但其来源受限。申请人近期首次完成了YM-254890 和 FR900359毫克级全合成，并证实合成的YM-254890和FR900359对Gq的IC50低达95nM和33nM，与天然产物一致。本课题以进一步探索YM-254890的高效合成，以及开展构效关系研究为目的，通过设计新的合成路线，或优化现有合成策略来实现该分子的快速合成，并利用优化的合成策略对YM-254890进行构效关系研究，重点考察分子骨架中的甲基化肽键和酯键、非天然β-羟基亮氨酸侧链及不饱合末端双键对化合物活性的影响，寻找结构简化的高活性、选择性Gq抑制剂，为进一步结构优化打下基础，同时也为G蛋白的作用机理研究提供工具药物。

G蛋白是G蛋白偶联受体（GPCR）信号传递过程中的分子开关，负责将由GPCR感受到的细胞外“第一信使”信号传递到细胞内部，并引发大量的“第二信使”信号，从而发挥一系列重要的生理功能。已有研究表明，G蛋白的异常活化、表达或突变通常与肿瘤、内分泌疾病、纤维化等重大疾病相关，调节G蛋白的活性对哮喘、黑色素瘤等多种重大疾病具有缓解作用。因此，G蛋白是潜在的药物靶点。目前，已报道能选择性抑制G蛋白的化合物仅有由本人合成的天然环状氧酯肽YM-254890和FR900359，然而二者结构复杂、制备困难、稳定性不够，使该化合的的进一步开发受到限制。本项目通过引入不同的D构型氨基酸，对YM-254890分子中不稳定迈克尔加成受体N-MeDha残基进行了构效关系。研究表明，用D构型的N-MeSer(Bn)-OH替换N-MeDha-OH得到天然产物衍生物YM-19，该化合物对Gq/11的IC50为0.53 μM，相比YM-254890略有下降，但其结构简单、制备更简单，具有进一步优化的潜力。本项目还尝试发展天然产物YM-254890的新合成策略，通过在溶液中合成氧酯肽片段，然后在固相上将其拼接，目前正在进行最后两步反应的条件优化。此外，在本项目的支持下与相关从事天然药物化学的课题组合作，通过筛选岭南来源的天然产物化合物库，成功获得结构新颖、易于合成的天然产物SZD-51，该化合物对Gq/11的IC50为3.98 μM，并且对两种Gq/11突变驱动的黑色素瘤细胞都有明显抑制作用，而对非Gq/11突变驱动的细胞无抑制作用，表现出较好的选择性。研究揭示，天然产物SZD-51是目前为止活性最强的小分子抑制剂，可以做为先导化合的进行开发。在本项目的支持下，还完成了天然PDE4抑制剂Toddacoumalone的不对称全合成及活性评价工作，以及有机小分子催化剂催化的药物合成砌块手性喹啉酮并四氢吡喃的合成，也参与完成了m6A促进乳腺癌发生、转移机制的研究。在本项目的支持下，一共发表SCI论文5篇，均标注本项目基金号，其中有4篇论文项目负责人为通讯作者或第一作者，申请中国专利两项。在项目执行期间，项目负责人4次参与国内学术交流，并获得广东省杰出青年科学基金和珠江青年学者项目资助。