6种云实属药用植物中抗类风湿关节炎的卡萨烷类先导化合物的快速发现与优化

Rheumatoid arthritis (RA) is a common, immune-mediated disease characterized by chronic progressive inflammation and destruction of joints and associated structures, as well as systemic symptoms. There is still no a promising agent could be used to cure RA completely. Cassane diterpenoids (CA), which exist mainly in the plants of Caesalpinia genus with a considerable content, possess the characters with novelty and variety on the structures, and also have anti-inflammation, anti-pain activities. Based on our previous work, the extracts containing cassane constituents from six medical plants of C. digyna Rottler, C. mimosoides Lam.,C. tornalis Champ, C. vernalis Champ. C. sinensis (Hemsl.) Vidal, C. cucullata Roxb showed the significant inhibitory activity against the nitric oxide production of RAW264.7 macrophages stimulated by lipopolysaccharide (LPS) respectively. Guided by the docking result obtained from Computer Aided Drug Design (CADD), the cassane derivatives were found to be the stimulating agents of Glucocorticoid receptor (GR), which can decrease the expression of Neuclear factor kappa B (NF-κB) in cell and join the NF-κB/IκB signal pathway for the anti-inflammation activity. Therein, the aims of this study to isolate and identify the cassane diterpenoids from six medicinal plants quickly, to get more derivatives by the chemical modification and biotransformation technologies and to analyze the relationships between the activities and structures guided by the molecular docking and the biotransformation messages. The significance of this study lies in to find the relationship between the cassane structures and the classification for the species in Caesalpinia genus, to supply for the material basis and new structures for the novel medicines with anti-rheumatoid arthritis activity also.

类风湿关节炎是临床高发的进行性、系统性自身免疫性疾病，目前尚无能治本的药物。卡萨烷是一类化学结构新颖多变的二萜，具有抗炎、镇痛等活性，主要存在于云实属植物中。前期工作发现扭果苏木、含羞云实、肉荚云实、春云实、鸡嘴簕、见血飞等6种云实属药用植物具有很好的抗炎活性，并富含卡萨烷组分。分子对接与活性研究表明卡萨烷是理想的糖皮质激素受体GR激动剂，可靶向作用GR介导的NF-κB/IκB信号通路发挥抗炎及免疫调节作用。项目将采用化学、色谱学、波谱学相结合的方法快速的从这6种植物中分离鉴定卡萨烷类化合物，并结合化学、生物转化等方法增加其结构多样性。采用生物信息技术挖掘其三维定量构效关系。项目不仅在治疗类风湿关节炎先导化合物的发现和云实属植物的化学成分分类及通过所含的卡萨烷类成分的氧化程度、结构类型等推测属内植物的近缘关系和进化程度等方面具有重要的科学意义，而且还可为抗类风湿新药研发奠定坚实的物质基础。

项目以活性为导向，对云实属药用植物鸡嘴簕、见血飞、含羞云实、肉荚云实、刺果苏木、春云实抗炎活性部位物质基础进行了研究，就活性部位中富含的卡萨烷二萜（CAs）组分做了追踪分离，以核磁特性信号检测技术、HPLC-MS 定性分析技术定向追踪指导，结合制备型、半制备型HPLC分离纯化技术进行化合物制备，以X-ray、ECD、NMR等谱学方法进行结构鉴定，共得到252个化合物，其中118个为新化合物，云实属中首次分离化合物49个，卡萨烷类化合物150个，化学分离工作扩展了云实属化合物结构库，所分离的卡萨烷(CAs)结构类型包括呋喃型、呋喃内酯型、A环开环重排型、C-17降甲型、C环芳香化型、卡萨烷生物碱、卡萨烷双聚体等。基于结构分类，就其生源进行了追溯和总结，有力指导了该属植物化学结构分类工作。基于计算机辅助设计对卡萨烷就类风湿（RA）互作网络核心靶点进行了深入的钓取对接分析，构建了与药效平行的分子互作网络，就卡萨烷与核心靶点间的亲和力、构效关系进行了分析总结，就机制分子信号通路进行认识，以此指导卡萨烷药物的开发设计。建立了体外、体内抗炎免疫模型，评价了卡萨烷体内外抗炎活性，就构效关系做了总结。体外实验结果表明，CAs可抑制炎性小分子NO释放，对IL-6、IL-IL-8、TNF-α、iNOS等炎性因子mRNA表达均有抑制作用，并介导核内NF-κB信号通路。优选的卡萨烷单体在动物实验中，对DSS诱导免疫性肠炎动物具有保护作用，与皮质激素阳性对照药Dex相比，活性较好但没有激素样副作用，可用于长期给药疾病治疗，深入机制研究表明，单体可介导GR/NF-κB信号通路实现免疫抗炎活性，但却未启动副作用相关的GR/GRE下游基因转录。课题研究结果从化学、机理、新药设计对云实属卡萨烷的化学分离、创新利用提供了有力支持，也为指导后续GR靶点药物研究设计提供了重要参考。