中药飞龙掌血中磷酸二酯酶IV抑制剂的发现、结构优化及构效关系研究

Development of phosphodiesterase-4 (PDE4) inhibitors to provide novel therapeutics for the treatment of chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and other relative inflammatory diseases has become a hot research topic. Roflumilast is the only one listed PDE4 inhibitor targeted to COPD, but the wider use of it was limited by the side-effects such as diarrhea, nausea, weight loss and headache. So, seeking novel and efficient PDE4 inhibitors with low toxicity is urgent significant for the COPD drug development. Natural products are important drug development resources. In our previous research, an unusual group of phenylpropenoic acid-coupled prenylated coumarins was isolated from the roots of Toddalia asiatica. The results of bioassays showed that these coumarins had strong PDE4 inhibition (IC50: 0.14-6.45 uM) compared with the positive control (IC50: 0.59 uM). In the course of our ongoing project, we will continue to isolate and identify a series of prenylated coumarins from the root and the aerial parts of Toddalia asiatica, and to carry out structure modification to obtain diverse compounds. All the structures will be evaluated for their inhibition activity against PDE4, and we will explore the structure-activity relationship and the binding models between ligands and receptors using computational chemistry (molecular docking), spectroscopy and protein crystallographic methods. This project will lay a solid foundation for PDE4 inhibitors with independent intellectual property rights.

新型磷酸二酯酶-IV(PDE4)抑制剂的研发是目前治疗慢性阻塞性肺病(COPD)等相关炎症药物的研究热点。Roflumilast作为目前唯一上市的PDE4抑制剂，存在恶心、腹泻和头疼等副作用，限制了其广泛应用，因此寻找新型高效低毒的PDE4抑制剂对COPD的新药研发仍具迫切意义。天然产物是重要的药物开发资源，前期研究中我们从中药飞龙掌血(Toddalia asiatica)的根中发现一类新颖的由苯丙酸衍生物耦联异戊烯基香豆素的分子，且具有显著的PDE4抑制活性(IC50: 0.14-6.45 uM，阳性对照IC50: 0.59 uM)。本申请拟在此基础上对其根和地上部分进行系统的化学成分和PDE4活性研究，通过结构修饰、分子模拟、光谱和蛋白质晶体学方法探讨构效关系和配体与受体的作用模式，为研究具有自主知识产权的PDE4抑制剂提供基础。

磷酸二酯酶IV (PDE4)作为新型抗炎靶标是目前治疗哮喘和慢性阻塞性肺病(COPD)新药研发的热点。罗氟司特(roflumilast)作为目前针对该靶标唯一上市的新药，存在恶心、腹泻和头疼等副作用，限制了其进一步发展，因此寻找新型高效低毒的PDE4抑制剂对哮喘和COPD的新药研发具有迫切意义。而天然产物是药物先导结构和药物的重要来源。在从天然药物中寻找PDE4抑制剂的过程中，本项目发现飞龙掌血(Toddalia asiatica)根乙醇提取物在10 μM溶度对PDE4的抑制作用达到46.2%，采用多种色谱分离手段并结合波谱学技术分别对飞龙掌血的根和地上部分的乙醇提取物开展了深入研究，从两个部分一共分离鉴定了77个单体化合物，其中新化合物16个。化合物类型包括简单香豆素，双香豆素，异戊烯基耦联的香豆素和生物碱，另外为扩充化合物多样性及探讨其构效研究，运用化学合成方法得到4个化合物。生物活性研究结果发现飞龙掌血中系列异戊烯基耦联的香豆素和部分生物碱对4型磷酸二酯酶（PDE4）有显著抑制作用，尤其是从根中分离的化合物35对PDE4的抑制作用是阳性对照rolipram的4倍，其IC50 = 0.14 μM；另外采用分子模拟方法预测飞龙掌血中活性化合物对 PDE4 的理论抑制能力，并将预测结果与活性测试结果进行一致性验证，进行构效关系分析，深入研究特异性抑制剂与靶标PDE4的相互作用，探讨了其的作用机制。.本项目首次从中药飞龙掌血中发现新型PDE4抑制剂，研究结果不仅为确定飞龙掌血中药用活性成分提供理论依据，而且为从天然药物中发掘新型高效的PED4抑制剂提供来源，为哮喘和COPD新药研发奠定基础。.在项目的支持下发表PDE4活性相关研究的SCI论文5篇（4篇为主持人第一作者或者通讯作者论文），其他间接研究成果共8篇SCI论文，均为主持人第一作者或者通讯作者论文。