β-分泌酶抑制剂的设计、合成与构效关系研究

β-淀粉样多肽（Aβ）聚积成老年斑是阿尔茨海默病（AD）发生、发展的关键环节。β-分泌酶（BACE1）是水解β-淀粉样前体蛋白(β-APP)产生Aβ的关键酶。发现β-分泌酶抑制剂是基于β-淀粉样多肽级联假说开发新型AD防治药物的重要策略。在本项目的前期研究工作中，已经发现了在分子和细胞模型上活性较好的β-分泌酶抑制剂，并总结出了初步的构效关系。在此基础上，本项目将进一步进行新化合物的设计、合成、活性评价和构效关系研究。通过分析β-分泌酶与其它同源性高的天冬氨酸蛋白酶的结构异同点以及对前期发现的β-分泌酶抑制剂与β-分泌酶结合模式的模拟研究，设计新的化合物；利用多步与组合合成的技术对设计的化合物进行合成；应用分子、细胞和动物模型对化合物进行活性评价。以期发现高活性、高选择性、能够穿越血脑屏障（BBB）并能显著降低模型动物脑内Aβ水平的β-分泌酶抑制剂先导化合物。

项目背景：β-淀粉样多肽（Aβ）聚积成老年斑是阿尔茨海默病（AD）发生、发展的关键环节，发现β-分泌酶抑制剂是开发新型AD 防治药物的重要策略。.主要研究内容：1）基于靶标结构设计β-分泌酶抑制剂；2）利用多步合成和组合合成的方法制备设计的化合物；3）对合成的目标化合物进行抑制β-分泌酶活性评价，进行构效关系分析和化合物的结构优化；3）在CHO (huAβPPswe/huBACE1) 细胞模型上进行抑制Aβ40产生的活性评价，选取活性好的化合物进行抑制其他天冬氨酸蛋白酶的活性评价，确定化合物对BACE1的选择性；4）KM小鼠和SAMP8小鼠口服活性化合物进行动物体内穿越BBB的能力和初步药代性质评价；5）AD模型PrP-hAβPPswe /PS1ΔE9小鼠体内评价了化合物对Aβ40/ Aβ42产生的影响；6）利用AD模型PrP-hAβPPswe/PS1ΔE9小鼠评价化合物对小鼠行为学的影响，并进行Aβ40/ Aβ42等生物标志物的测定。.重要结果：1）通过计算机模拟，完成了β–分泌酶与其抑制剂结合位点结构特征的分析，得出了设计高活性、高选择性β–分泌酶抑制剂的结构基础；2）设计并完成了十种结构类型共计131个化合物的合成并发展了相关中间体的合成方法；3）建立了分子水平、细胞模型和整体动物的关于β-分泌酶抑制剂抗AD活性相关的评价方法；4）发现了体外具有高活性、高选择性、对AD模型小鼠物体辨识记忆有改善的β-分泌酶抑制剂；5）发表了6篇论文，获得授权专利2项、申请专利1项。.关键数据及其科学意义：1）本项目研究过程中，对β-分泌酶的催化活性位点的结构特征进行了详细的分析，结合本项目所得到的新β-分泌酶抑制剂的构效关系，为进一步深入开展此类抑制剂的研究提供了指导；2）所发展的非对映选择性合成羟基乙胺结构片段的方法和喹啉类结构化合物的合成以及对喹啉类结构化合物的催化氢化还原方法可以推广到其它类型结构化合物的合成；3）所发现的高活性、强选择性的β-分泌酶抑制剂虽然在AD模型小鼠行为学的五个指标评价中，仅对模型小鼠的物体辨识记忆有显著改善作用，但为进一步发现AD治疗药物打下了分子结构基础；4）AD治疗药物一个关键的指标是药物分子具有穿越血脑屏障的特性，通过本项目的研究，提示以羟基乙胺类为基本骨架的链状β-分泌酶抑制剂难以穿越BBB，该结果对抑制剂的结构优化方向提供了依据。