基于脑靶向性转运机制的灯盏乙素苷元衍生物设计与合成

The unsatisfactory therapeutic effect of scutellarin for treatment of cerebrovascular disease has been attributed to its low blood brain barrier permeability and insufficient enrichment in brain tissues. Preliminary studies on scutellarein derivatives revealed that sctellarein 4'-N-substituted (aminomethyl) benzoate derivatives had more potent anti-oxidative activity and improved physicochemical property compared with scutellarin and its aglycone, based on these results, in this project we will use sctellarein 4'-N-substituted (aminomethyl) benzoate derivatives as lead compounds, according to pharmacology and pharmacokinetics study found that brain-targeted chemical delivery system (CDS) can improve the drug blood-brain barrier permeability and realize its enrichment in the brain tissue, adopt the principle of hybridization to introducing N-methyl-1, 4-dihydrogen pyridine carboxylic acid ester structural fragement to design and synthesis sctellarein 4'-N-substituted(aminomethyl) benzoate,7-N-methyl-1,4- dihydrogen pyridine carboxylic acid ester derivatives. In vitro modeling of the blood-brain barrier, the cerebral ischemia/reperfusion model, PC12 cell oxidation model and Caco-2 cell assay model will be used as in vitro and in vivo pharmacodynamics and absorption behavior evaluation models respectively. Innovation in this project is to apply brain-targeted chemical delivery system (CDS) prodrug design strategy as breakthrough for improving cerebrovascular disease therapeutic effect and oral bioavailability of scutellarin in clinical applications, so as to lay the bases for the theory and practice for creating novel anti-cerebrovascular disease scutellarein prodrug.

灯盏乙素对脑血管疾病治疗的不足在于其不能通透血脑屏障，实现药物在脑组织内有效富集。本项目拟在前期获得的具有较好药效学与理化性质的灯盏乙素苷元4'-N-取代氨甲基苯甲酸类衍生物基础上，进一步以其为先导化合物，根据脑靶向性化学递释系统能实现药物在脑组织内选择性富集的研究结果，采用拼合设计原理在先导化合物结构中引入脑靶向性载体片段"1,4-二氢吡啶羧酸酯"设计、合成灯盏乙素苷元4'-N-取代氨甲基苯甲酸酯，7-N-甲基-1,4-二氢吡啶羧酸酯衍生物。分别采用体外血脑屏障评价模型、大鼠脑缺血-再灌注模型、PC12细胞抗氧化模型以及Caco-2细胞吸收潜性模型进行目标化合物药效与吸收行为评价。项目创新点是将脑靶向性前药设计策略作为解决灯盏乙素临床应用中存在的脑血管疾病治疗效果不理想，口服生物利用度较低这两个不足的突破口，从而为创制具有自主知识产权的新型灯盏乙素苷元前药奠定重要的理论与实践基础。

在国家自然科学基金（No. 81260473）的大力支持下，本项目组根据脑靶向性递释系统（Brain-targeted Chemical Delivery System, CDS）能借助于1,4-二氢吡啶与吡啶鎓盐的氧化-还原机制增强药物脑部靶向性富集的特点，氨基酸酯类前药以及烟酸酯类前药能够分别借助于血脑屏障内皮细胞上的氨基酸转运体与单羧酸转运体实现药物在脑部富集的特点，应用药物设计上的拼合原理，以灯盏乙素及其苷元为先导化合物，将1,4-二氢奎宁羧酸片段、L-氨基酸片段以及烟酸片段与前者偶联，设计、合成了40个未见文献报道的灯盏乙素及其苷元衍生物，包括灯盏乙素苷元 4’-N- 取代氨甲基苯甲酸酯-7-N-甲基-1，4-二氢奎宁羧酸酯衍生物，灯盏乙素或灯盏乙素苷元L-氨基酸氨基甲酸酯衍生物，以及灯盏乙素苷元4’-N-取代氨甲基苯甲酸酯- 7-烟酸酯衍生物。对获得的目标化合物采用1H NMR, ESI-MS与ESI-HRMS 等手段进行了结构确证。项目执行中课题组采用BMECs、BMPC及AS共培养模式成功建立一种新型的体外BBB模型，在对其进行屏障功能验证的基础上评价了目标化合物的体外血脑屏障（in vitro BBB）通透性；课题组成功建立了Caco-2细胞模型，并从细胞摄取与转运两个方面评价了目标化合物的吸收潜性；建立了H2O2致PC12细胞损伤模型，并考察了目标化合物对PC12细胞损伤的保护机制；成功建立了大鼠大脑中动脉闭塞(middle cerebral arteryocclusion，MCAO)局灶性脑缺血再灌注模型。研究结果发现8个目标化合物具有较灯盏乙素及其苷元更好的理化、药效学性质、吸收潜性与体外血脑屏障通透性，总结出初步构效关系。通过项目实施，（1）申请专利1项：灯盏乙素及其苷元氨基甲酸酯衍生物及其应用专利申请号：201310469734X；（2）在SCI收录期刊《Chinese Chemical Letters 》 《Medicinal Chemistry Research》，《Bull. Korean Chem. Soc》，以及核心期刊 《中国药理学通报》，《中国医药工业杂志》等期刊上分别发表研究论文11篇；完成硕士研究生论文4篇。(3) 项目执行中培养研究生4人。综上本项目完成了申请书中要求的各项研究工作，达到结题验收标准。