新型萘内酰亚胺类PDE2抑制剂的设计、合成与抗肺动脉高压研究

Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a type of malignant pulmonary vascular disease, and development of new-targeted drugs is in great demand in research. Phosphodiesterase 2 (PDE2) is a potential target of PAH, however, PDE2 inhibitors exhibit less skeleton diversity and ambiguous molecular recognition, limiting their clinical application in PAH. Five types of PDE2 inhibitors with novel scaffolds were discovered by molecular dynamics-based virtual screening for the first time. Hit 1708 derived from benzo[cd]indol-2(1H)-ones exhibited inhibitory activity against PDE2 with IC50 of 570 nM. The co-crystal structure newly resoluted by us revealed an unreported hydrogen bond between 1708 and Q812 of PDE2. Based on these evidences, we intended to perform screening and structural optimization on 1708 by focusing on key residues (Q812 and Q859) and a unique hydrophobic pocket in PDE2 catalytic domain with GA-FEP method newly developed by our group. One to three drug-like leads will be obtained with good inhibitory activity/selectivity, drug-like property and in vivo efficacy. Further study on mechanism of the selective recognition between leads and PDE2 will be performed with site-directed mutagenesis and structural biology techniques. This project will provide theoretical and scientific basis for rational design of novel-scaffolded PDE2 inhibitors and development of new-targeted drugs for PAH.

肺动脉高压（PAH）是一类恶性肺血管疾病，新靶点药物开发是其重点研究方向。磷酸二酯酶二型PDE2作为PAH潜在靶点，其抑制剂骨架多样性不足且分子识别机制不明，限制了PDE2抑制剂抗PAH药物的开发。申请人首次运用基于分子动力学的虚拟筛选方法高效发现5类全新骨架PDE2抑制剂，其中萘内酰亚胺类化合物经改造获得苗头物1708（570nM）。项目组近期获得1708与PDE2共晶结构，发现其与残基Q812存在氢键作用（未见文献报道）。在此基础上，拟采用项目组自主研发的自由能微扰新方法GA-FEP，定向蛋白关键残基（Q812和Q859）及疏水口袋，开展结构筛选和优化，以获得1-3个高PDE2活性、高亚型选择性、成药性好和体内PAH药效显著的先导物；利用结构生物学定点突变等技术阐明抑制剂与蛋白选择性识别机制。本项目将为新骨架PDE2抑制剂的理性设计及其作为PAH新靶点药物的开发提供理论和科学依据。

肺动脉高压（PAH）是一类恶性肺血管疾病，以静息状态下肺血管阻力增加及肺动脉压力过高为特征，诊疗复杂，患者生存率低，缺乏理想临床用药。当前研究发现磷酸二酯酶二型（PDE2）是PAH的潜在治疗靶点，但相关抑制剂开发进展缓慢。（1）项目组基于前期研究发现的新型萘内酰亚胺类PDE2抑制剂1708（IC50=570nM），运用自主发展的药物设计和虚拟筛选新方法，已合成并获得28个吡喃并吡唑类衍生物，其中5个衍生物的IC50值在200nM以下，HZY-(+)-11h的IC50值为41.5nM，PDE亚型选择性高于200倍，优于苗头化合物1708，当前正在开展新一轮结构优化研究。（2）项目组运用多靶点药物设计策略，引入抗氧化功能片段，设计、合成了16个三唑并喹喔啉类PDE2抑制剂，其中LWJM-6d的IC50值为6.1nM，抗氧化ORAC值为8.4μM TE/mL，表现出良好的PDE2活性与抗氧化活性。以上工作为新型PDE2抑制剂的开发及多靶点抗肺动脉高压药物的设计提供了更多理论依据。（3）项目组也采用本项目技术方法，开展了其他亚型PDE抑制剂的相关研究：基于PDE1抑制剂ITI-214等的化学结构进行骨架跃迁设计，共合成18个新型吡唑并嘧啶二酮类衍生物，其中LWZB-2j对PDE1的IC50值为21nM，PDE亚型选择性高于35倍，代谢稳定性较好，可作为工具分子用于阿尔茨海默病等治疗研究；基于上市药物双嘧达莫进行两轮结构优化与生物活性评价，共获得22个衍生物，其中LWHM-(S)-4h与双嘧达莫的PDE5抑制活性相当，代谢稳定性优秀，可作为工具分子用于特发性肺纤维化等疾病研究。（4）受项目资助，共发表与本项目相关的SCI论文4篇，含中科院化学类一区论文1篇、二区论文2篇，均已备注项目编号并予以致谢。