靶向Lp-PLA2共价键抑制剂的发现及其体内药效和示踪功能研究

Lipoprotein-associated phospholipase A2 (Lp-PLA2) plays important roles in settings of oxidative stress and inflammatory. It is a promising therapeutic target for atherosclerosis, Alzheimer’s disease and diabetic macular edema. Currently, only a few of reversible inhibitors of Lp-PLA2 have been reported and the most potent reversible inhibitor, darapladib, failed in clinical trails. Lp-PLA2 possesses the structural basis for the binding of a covalent inhibitor which is often more potent and selective than the reversible one. Therefore, in this project, on the basis of our halogenated and reversible inhibitors developed in the last few years (JMC 2015, 2016, 2017), we are planning to design covalent inhibitors of Lp-PLA2 with higher selectivity and efficacy in vivo, by the use of a multidisciplinary approach. These covalent inhibitors are good candidates for development into lead compounds or even a pre-clinical drug candidate. Moreover, utilizing the high selectivity and affinity of the covalent inhibitor and substitution of the original fluorine or chlorine in the inhibitor with F18, we are also planning to develop a novel and target-specific radiotracer for in vivo tracking the density and function of Lp-PLA2 in the pathogenesis of AS using the non-invasive positron emission computed tomography (PET) together with the X-ray computed tomography (CT) (PET/CT). Such a study could provide a precise imaging diagnosis of AS or AS caused cardiovascular diseases and a good example for the application of the PET/CT imaging on other diseases associated with Lp-PLA2.

Lp-PLA2在氧化应激和炎症中发挥重要作用，是动脉粥样硬化（AS）相关心血管疾病、阿尔茨海默病和糖尿病性黄斑水肿等疾病的重要潜在靶标。由于其抑制剂较少、活性最优的可逆抑制剂在临床失败、抑制剂作用位点存在共价结合的结构基础以及我们已具备的前期优良工作基础（可逆卤代抑制剂的发现，JMC2015,2016,2017），本项目中，将采用多学科交叉方法发现并优化获得高选择性和高活性的Lp-PLA2共价抑制剂，为新药研发提供先导化合物或临床前候选药物。此外，为深入研究Lp-PLA2的致病机制和精准监测及预测AS疾病进程，利用共价抑制剂的高选择性和高亲和力，拟通过F18替代共价抑制剂中的卤素而获得活体动态示踪AS病变过程中Lp-PLA2的分布及功能变化的靶向特异性示踪剂，最终为防治AS相关的心血管疾病提供重要的影像诊疗手段，同时也为示踪剂应用于其他Lp-PLA2相关疾病的影像学研究奠定重要基础。

Lp-PLA2在氧化应激和炎症中发挥重要作用，是动脉粥样硬化相关心血管疾病、阿尔茨海默病和糖尿病性黄斑水肿等疾病的潜在新靶标。本项目中，我们主要采用分子药理学、结构生物学和药物设计等多学科交叉方法，独辟蹊径开展基于共价片段的抑制剂发现研究，解析多个抑制剂与靶蛋白结合的复合物晶体结构，通过分析抑制剂与Lp-PLA2的结合构象并进行融合设计，高效优化获得首个高选择性、高活性、作用机制明确的Lp-PLA2共价抑制剂（IC50: 13 nM，对PLA2VIIB的选择性达3900倍），为靶向Lp-PLA2的新药研发提供共价先导化合物。在此基础上，我们采用不同荧光基团修饰共价抑制剂，开发了两个高选择性、高灵敏度的荧光探针分子，能够快速简便地定量检测活细胞及组织中的Lp-PLA2和评价抑制剂对Lp-PLA2的在靶效应，为深入研究Lp-PLA2的生理病理功能及药物研发提供重要的工具分子，促进靶向Lp-PLA2的新药研发。此外，利用本项目执行过程中所建立的基于片段的药物发现技术平台，我们针对抗糖尿病潜在新靶标FABP4开展了基于片段构象融合的新型抑制剂高效发现与优化，获得了分子、细胞和动物体内有效的抗炎先导化合物。项目执行期间恰逢新冠疫情爆发，我们充分利用Lp-PLA2共价抑制剂研发中积累的经验和方法快速开展新冠病毒蛋白酶的共价抑制剂发现研究，最终获得多个先导化合物，其中两个3CL蛋白酶共价抑制剂作为抗新冠肺炎候选新药进入临床II/III期研究。截止项目结题，在Nat Commun、Angew Chem Int Ed、Med Res Rev、J Med Chem等期刊发表项目研究结果及研究方法相关的SCI论文10篇，申请并获得授权专利1项，培养博士研究生3名，项目负责人获得了国家百千万人才工程“有突出贡献中青年专家”、中国青年女科学家等荣誉称号，完成项目考核指标。