吡咯色原酮类PDE5特异性抑制剂的设计、抗肺动脉高压活性及作用机制研究

Phosphodiesterase 5 (PDE5) inhibitors have been used as clinical agents for treatment of pulmonary arterial hypertension (PAH), but the defects of low selectivity for its inhibitors caused many side effects. Therefore, the discovery of highly selective inhibitors has become the key problems which need to be solved urgently in PDE5 research. Recently, we constructed a PDE5 inhibitor entity library with a skeleton of 1-arylchromeno[2,3-c]pyrrol-9(2H)-one. Compared with the reference drug sildenafil, the lead compound 1607 gave a different skeleton structure and equivalent anti-PAH efficacy, but higher selectivity and exhibits excellent pharmacokinetic properties. Crystal structure show that these 1-arylchromeno[2,3-c]pyrrol-9(2H)-ones can entered into the Q2 pocket of PDE5, while sildenafil did not show this feature. Both gave different binding patterns and molecular mechanisms. However, the compound 1607 only have moderate selectivity index versus subtypes (PDE2/6/10) and poor water solubility. In this study, we will design and synthesize of new series of 1-arylchromeno[2,3-c]pyrrol-9(2H)-ones and take into full consideration of the important residues in the Q2 pocket. In view of their PDE5 inhibitory activity, selectivity index versus other PDE subtypes, pharmacodynamics of PAH, and safety properties, we will select 1-3 leads. Then we will obtain the crystal structures of PDE5 in complexes with the leads to identify the important residues which affect the selectivity of inhibitors. This project will elucidate the molecular recognition mechanism of PDE5 selective inhibitors and provide more scientific basis for the design of highly selective inhibitors against PDE5.

磷酸二酯酶五型(PDE5)抑制剂广泛临床用于肺动脉高压(PAH)治疗，但其因亚型选择性低而导致产生诸多副作用。因此，提高抑制剂选择性成为PDE5研究亟需解决的关键科学问题。项目组近期发现的吡咯色原酮类PDE5高活性抑制剂1607，与阳性药西地那非相比，具有骨架结构新颖、选择性更高及抗PAH体内药效更显著等特点(JMC2017)。共晶结构发现该类抑制剂可伸入PDE5的Q2口袋，具有不同于西地那非的作用机制。但该抑制剂对部分PDE亚型的选择性和溶解度尚不理想。.在已有基础上，本项目拟定向Q2口袋多个重要残基，使用多种药物设计方法，设计合成新型吡咯色原酮类化合物，综合其对PDE5抑制活性、PDE各亚型选择性、抗PAH药效并优化类药性，发现1-3个优选化合物；开展优选化合物与靶标的相互作用研究，以阐明PDE5识别选择性抑制剂的分子机制。本项目将为研发自主知识产权抗PAH创新药物提供先导化合物储备。

磷酸二酯酶五型(PDE5)抑制剂广泛临床用于肺动脉高压(PAH)治疗，但其因亚型选择性低而导致产生诸多副作用。因此，提高抑制剂选择性成为PDE5研究亟需解决的关键科学问题。本项目在已有研究基础上，针对先导化合物LW1607的多个可修饰区域，采用多种药物设计方法，设计并合成系列新型吡咯色原酮类PDE5抑制剂衍生物，目前经过两轮的结构优化与生物活性评价，共获得27个衍生物，其中21个衍生物的PDE5抑制活性 < 10nM，并获得两个衍生物（LW1934, LW1805）与蛋白的共晶结构；进行了优选化合物LW1716的抗肺动脉高压药效学实验研究，结果显示只需阳性药物1/8的剂量即可表现出类似的药效；进行了LW1607及其系列衍生物的抗肿瘤多药耐药活性研究，结果显示最优化合物LW1805与紫杉醇联用时其逆转倍数高达906倍；进行了LW1607衍生物在细胞成像应用中的研究，结果显示其衍生物本身具有荧光性质，可用于细胞成像研究，为PDE5蛋白的组织分布及抑制剂作用机制研究提供科学依据。.在完成本项研究工作的同时，以本项目的研究方法为指导还进行了两个方面的研究工作：（1）针对PDE5抑制剂结构骨架类型单一问题，项目组利用自主发展的基于自由能微绕（FEP）的药物设计方法并结合药物设计基本理论，成功发展了一种基于FEP的骨架跃迁新方法。该方法具有较高的成功率，可为新骨架先导结构的发现提供理论指导与技术支撑。研究中精准地从上市药物他达那非骨架跃迁获得活性相当的全新骨架化合物L12（IC50为8.3 nM）。为新骨架创新药物的发现提供重要的指导意义。（2）通过基于分子动力学模拟的虚拟筛选获得两个高活性的磷酸二酯酶10型（PDE10）抑制剂，选取其中一个为苗头化合物开展后续的结构改造与生物活性研究，经过三轮的结构优化获得12个高活性高选择性PDE10抑制剂，同时也通过动物实验研究验证了PDE10可作为抗肺动脉高压的治疗靶标。但该类化合物存在代谢稳定性及水溶性差等缺陷，故在此基础上进行进一步的结构优化，目前通过骨架跃迁获得了一类全新骨架PDE10抑制剂，其稳定性显著提升，后续的水溶性改造还在进行当中。