Nav1.7离子通道亚型选择性抑制剂3,3’-二氢呋喃螺环氧化吲哚的发现与优化

Chronic neuropathic pain (CNP) is one the major diseases that diminish Chinese people's health. With its clinic therapeutics being lack of long-term analgesic, the development of isoform-selective inhibitors of Nav1.7 ion channel as the therapeutics of CNP is of pivotal significance. However, there is no high-throughput screening assay directly selecting isoform-selective inhibitors. We intend to develop an high-throughput virtual screening method for direct discovery of isoform-selective inhibitors via screening against the known isoform-selective pocket of Nav1.7. The preliminary study determines 3’3-dihydrofuranspirooxindole as a hit which inhibits the electrophysical activity of Nav1.7 and is featured by non-toxicity and green synthesis. Computer-assisted optimization of the stereochemistry of the hit ends up with around 5 fold increase in potency. The deep optimization of the structure based on the docking model and the comprehensive evaluation of the isoform-selectivity is the future plan of this project. The proposal come up with the high-throughput screening strategy for the isoform-selective inhibitors based on simulation of molecule docking. The efficient discovery and optimization of Nav1.7 isoform-selective inhibitors is of value for theory and application.

慢性神经痛是影响我国人民健康的主要疾病之一。由于其临床治疗亟需可长期使用的镇痛剂，因此研发慢性神经痛镇痛剂靶标Nav1.7离子通道的亚型选择性抑制剂具有重要的意义。但是目前还没有直接发现亚型选择性抑制剂的高通量筛选方法。本项目借助计算机模拟小分子对接Nav1.7的亚型选择性亲合口袋进行高通量虚拟筛选，以实现亚型选择性抑制剂的直接发现。初步研究发现苗头化合物3,3’-二氢呋喃螺环氧化吲哚。该类活性化合物可抑制Nav1.7 电生理活性，无细胞毒性，并有绿色合成基础。经计算机辅助优化立体化学后，抑制活性提高了近5倍。基于计算机模拟分子对接模型的深度结构优化和亚型选择性的综合评估是本项目还有待系统深入研究的工作。该项目提出用模拟分子对接的高通量筛选策略以实现亚型选择性抑制剂的直接发现。实现Nav1.7亚型选择性的抑制剂的高效筛选和优化具有理论和应用价值。

慢性神经痛是影响我国人民健康的主要疾病之一。由于其临床治疗亟需可长期使用的镇痛剂，因此研发慢性神经痛镇痛剂靶标Nav1.7离子通道的抑制剂具有重要的意义。本项目利用原创性的高效合成方法，包括卡宾-炔烃复分解/羰基叶立德形成/亚胺捕捉羰基叶立德的串联反应、基于多组份反应的紫杉醇衍生物的两步法模块化高效方法和以氧化吲哚为核心骨架的绿色合成方法，结合RDKit Python开源工具包，构建了合成可及化合物虚拟筛选库。借助计算机小分子模拟对接Nav1.7位于VSDIV的变构结合口袋，发现虚拟苗头化合物。随后通过膜片钳电生理实验验证，发现3类Nav1.7抑制剂。分别是3-苯基呋喃的2-苯基-4H-苯并[1,3]噁嗪类衍生物、紫杉醇衍生物和3,3’-二氢呋喃螺环氧化吲哚衍生物。利用经过深入表征，发现3-苯基呋喃的2-苯基-4H-苯并[1,3]噁嗪类衍生物是一类可明显延迟小鼠对疼痛刺激反应的亚型选择性抑制剂。紫杉醇衍生物Nav1.7抑制剂有望减轻甚至消除紫杉醇化疗时通过激活Nav1.7而引起的慢性神经痛。本项目的创新可以归纳为以下三点：一、发展了原创性的3-苯基呋喃的2-苯基-4H-苯并[1,3]噁嗪类衍生物和紫杉醇衍生物高效合成方法；二、将原创性合成方法同生物信息学技术紧密结合，形成合成可及虚拟筛选库，缩短了从虚拟苗头化合物到实体活性化合物的验证过程，加快早期药物发现；三、在以上两点创新的基础之上发现了三类具有新结构的Nav1.7抑制剂。未来我们将继续推进这三类Nav1.7抑制剂的研究，力求最终实现应用转化。对于3-苯基呋喃的2-苯基-4H-苯并[1,3]噁嗪类抑制剂和3,3’-二氢呋喃螺环氧化吲哚衍生物，要通过结构生物学手段，揭示这两类抑制剂的结合口袋，从而指导进一步的结构优化，获得活性更强的衍生物。对于紫杉醇衍生物，还需要用小鼠行为学实验模型和小鼠肿瘤模型进行药效评估，以及药物动力学和毒理学研究。