新型骨靶向胰高血糖素样肽-1受体小分子激动剂的设计合成及其抗骨质疏松作用的研究

Osteoporosis (OP) is a severe threat against the health of musculoskeletal system in elderly people. It is urgent to find a new strategy for prevention and treatment of OP. Gastrointestinal hormone glucagon-like peptide-1 (GLP-1) can increase bone formation by promoting osteoblast differentiation in bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs). We first found that small molecule GLP-1 receptor agonist, 7-dichloro-2-methylsulfonyl-3-N-tert-butylaminoquinoxaline (DMB), can increase bone mineral density and content in an ovariectomy (OVX)-induced osteoporosis rat model. However, GLP-1 possesses multiple physiological functions and its receptor exist in a variety of tissues. And the bone tissue is differernt from other tissue because of hardness, poor permeability and specific physiological and biochemical processes. So the general route of administration is difficult to make an effective drug delivery to the site and cause side effect easily. We plan to design and synthesize a novel kind of bone-targating antiosteoporotic prodrug. Small molecule GLP-1 receptor agonist DMB is conjugated with bisphosphonate, alendronic acid(ALN). The cytotoxicity, stability and pharmacokinetics of prodrug will be evaluated. And the ability of bone-targeting, anti-osteoporosis will be investigated both in vivo and in vitro. This research will provide a new strategy for the research and development of drugs for the prevention and treatment of OP.

骨质疏松症(OP)是严重威胁老年人健康的重大疾病，新型抗骨质疏松药物的研发已成为当前的重要课题。业已证明胰高血糖素样肽-1 (GLP-1)，可以通过骨髓间充质干细胞（BMSCs）上的受体，增加成骨细胞分化而促进骨形成。我们首次证明GLP-1受体小分子激动剂6,7-二氯-2-磺酰烷基-3-仲烷氨基喹喔啉（DMB），能够增加OVX所致骨质疏松模型大鼠的骨矿含量和骨密度，改善骨质疏松症状。由于GLP-1受体分布广、生物活性多、易产生副作用和骨组织硬度大、渗透性差等问题；为了提高疗效、降低副作用，本课题拟采用骨靶向前药的设计思路，以二磷酸盐化合物阿伦膦酸（ALN）为骨靶向转运载体，将其与 DMB化学偶联，制备出骨靶向前药DMB-ALN，并对其展开毒性、稳定性、骨靶向性和抗骨质疏松作用等方面的研究。本课题旨在开发出一种高效、低毒、可口服的骨形成促进剂，为研发新型OP防治药物提供新策略。

骨质疏松症(OP)是严重威胁老年人健康的重大疾病，研究其防治新策略和药物新靶点已成为当前的重要课题。OP的本质是骨重建中成骨和破骨细胞功能相对失衡导致骨量减少。业已证明胰高血糖素样肽-1 (GLP-1)，可以通过骨髓间充质干细胞（BMSCs）上的受体，增加成骨细胞分化而促进骨形成。由于GLP-1受体分布广、生物活性多、易产生副作用和骨组织硬度大、渗透性差等问题；为了提高疗效、降低副作用，本课题拟采用骨靶向的设计思路，以二磷酸盐化合物阿伦膦酸（ALN）为骨靶向转运载体，将GLP-1小分子激动剂6，7-二氯-2-磺酰烷基-3-仲烷氨基喹喔啉（DMB），靶向骨组织并评价其抗骨质疏松作用。本课题首先观察了GLP-1受体小分子激动剂DMB对骨质疏松小鼠骨重建过程的作用，Micro-CT分析结果显示，GLP-1受体激动剂DMB可以显著增强OVX小鼠的骨密度，改善骨小梁微结构的破坏；三点弯曲试验结果显示，DMB能够显著改善OVX小鼠股骨的生物力学特性，增强股骨的机械强度；生化分析结果表明，DMB可以显著减少OVX小鼠血清CTXI和DPD水平，显著增加Runx2和ALP的表达，提示DMB抑制破骨细胞活动的同时可能促进了成骨细胞活性；骨组织形态学分析结果表明，DMB可以提高OVX小鼠骨骨髓中成骨细胞数量。然而，由于DMB自身分子结构特点，化学合成策略很难将DMB与阿伦磷酸盐（ALN）化学耦连靶向骨组织。因此采用ALN修饰的PAMAM作为载体，以物理包裹的方式，将DMB递送到骨组织部位。结果表明，PAMAM-ALN对DMB的包封率高，载药量大。DMB对泼尼松诱导的斑马鱼骨质疏松症具有显著的治疗作用，并且PAMAM-ALN显著提高DMB的抗骨质疏松作用。本课题的研究为研发新型OP防治药物提供新策略。