3作用于过氧化物酶体增殖因子活化受体的药物设计

1第三章作用于过氧化物酶体增殖因子活化受体的药物设计2内容一．简介二．PPARα激动剂三．PPARγ激动剂四．PPARγ部分激动剂五．PPARγ拮抗剂六．PPARα/γ双重激动剂七．PPARδ激动剂八．PPARα/γ/δ三重激动剂3一、简介Ⅱ型糖尿病，又称为非胰岛素依赖型糖尿病（non-insulin-dependentdiabetesmellitus，NIDDM），占糖尿病患者的90%以上。现在，已有一亿两千万人口患有糖尿病。据估计，到2020年，这一数字将达到二亿。治疗Ⅱ型糖尿病的基本方法是控制血糖水平。但是，降糖治疗会导致心血管并发症如视网膜病的发生。这说明，研制开发新型高效低毒的糖尿病药物已经迫在眉睫。在研发降糖新药的各种方法中，引人瞩目的一个方法是研发过氧化物酶体增殖因子活化受体（peroxisomeproliferator-activatedreceptors，PPARs）的激动剂。4过氧化物酶体增殖因子活化受体（PPARs）是由Issemann和Green在1990年发现的。过氧化物酶体增殖因子活化受体（PPARs）属于核受体超家族的成员，也是一类由配体激活的转录因子。该受体发现以后的短短几年间，科学家识别了该受体的三个亚型，分别为PPARα(NR1C1),PPARδ(NR1C2)(alsoknownasPPARβ,NUCI,FAAR)和PPARγ(NR1C3).5PPARα存在于肝脏和骨骼肌组织中。在这些组织中，PPARα调节基因的表达，如脂肪的代谢和平衡。PPARδ广泛存在于各种组织中，但是其功能尚未明确。PPARγ主要存在于脂肪组织。体外实验表明，PPARγ在脂肪细胞分化过程中起着重要作用。这说明，PPARγ是脂肪储存＆利用方面的一个重要成分。6•PPAR当被特定的小分子（如类固醇、类维生素A、脂肪酸等）激活以后，PPAR与类维生素A受体形成二聚物。该二聚物与某些基因上游的特异的一段DNA，亦称为过氧化物酶体增殖因子反应元件（peroxisomeproliferatorresponsiveelement，PPRE，位于靶基因的调节区）结合，然后刺激了关于脂代谢和脂平衡的基因转录。PPREs的作用是编码蛋白质，包括脂质和脂蛋白代谢。•PPAR与类维生素A受体二聚物的激活与控制脂质，糖类和能量平衡的基因密切相关。所以，PPARs不适当的激活或者失活会导致疾病的发生，如Ⅱ型糖尿病、心血管病，等。7近十年来，PPARs介导各种代谢过程的能力已经使其成为药理学和遗传学研究的焦点。现在的药学研究目标是寻找PPAR的配体，以期发现新型高效低毒的抗糖尿病药物。现已发现的配体包括：①PPARα激动剂（抗动脉粥样硬化，抗脂异常）；②PPARγ激动剂（用于治疗Ⅱ型糖尿病）；③PPARγ部分激动剂（抗糖尿病活性，副作用小）；④PPARγ拮抗剂（是研究PPARγ信号通路的工具）；⑤PPARα/γ双重激动剂（能协同的改善糖脂代谢）；⑥PPARδ激动剂（可能对脂循环有作用）；⑦PPARα/γ/δ三重激动剂（有抗糖尿病活性）。8二、PPARα激动剂1.天然PPARα激动剂蝶芪（音齐）（Pterostilbene(1)）是PPARα的激动剂。OHOO蝶芪pterostilbene(1)92.合成的PPARα激动剂2.1苯氧基烷酸类（贝特类，Fibrates）及其类似物近年来，贝特类药物，如氯贝丁酯(clofibrate，2)、非诺贝特(fenofibrate，3)、苯扎贝特(bezafibrate，4)(Fig.1)是临床上广泛应用的影响胆固醇和甘油三酯代谢的药物。OClOOO非诺贝特fenofibrate(3)ClOOO氯贝丁酯clofibrate(2)OOHONHClO苯扎贝特bezafibrate(4)Fig.1.贝特类药物102.合成的PPARα激动剂核内受体PPARα诱导脂蛋白酯酶基因的表达脂蛋白酯酶增加促进富含甘油三酯的乳糜微粒及极低密度脂蛋白中甘油三酯的水解降低血浆中甘油三酯的水平激活贝特类药物112.合成的PPARα激动剂虽然贝特类药物是PPAR配体，但是其亲和力很弱（需要微摩尔浓度才能激活PPARα），PPAR亚型选择性很差。因此，需要大剂量使用(about300-1200mg/day)，才能起效。因此，需要研发更有效的具有亚型选择性的PPARα激动剂。122.合成的PPARα激动剂•据报道，具有手性中心的贝特类药物(5,Fig.2)的立体化学性质影响其药理活性。科学家合成了一些具有手性中心的无环贝特类似物(5,Fig.2)和成环贝特类似物(6-8,Fig.2)。活性测试表明，成环后，化合物刚性增加，表现出抑制脂肪分解的活性。Fig.2.无环贝特类似物(5)和成环贝特类似物(6-8)ClOOR1R2O5*OOOCl6OClOO7OCl8OO132.合成的PPARα激动剂GlaxoSmithKline(葛兰素史克)公司发现了一个PPARα激动剂GW9578(9)，也是苯氧基烷酸类似物。FFNHNSHOOOGW9578(9)142.合成的PPARα激动剂•Merck公司用1,3-二氧亚丙基linker链接酸性头部和亲脂性尾部，发现了2,3-二氢苯并呋喃-2-羧酸类化合物10，这是高效且具有亚型选择性的PPARα激动剂.其EC5010nM，亚型选择性1000倍。据推测，这类化合物的高选择性是由于2,3-二氢苯并呋喃环引起的构象限制产生的。OOOClOCF3HOO10152.合成的PPARα激动剂EliLilly(礼来)公司和Ligand公司发现了具有2,4-二氢-3H-1,2,4-三唑-3-酮(三唑酮)母核的PPARα激动剂。其中活性最好的一个化合物是LY518674(11)，其对PPARα的EC50=42nM，且具有高度的亚型选择性。LY518674已经进入临床试验研究。NNNHOOOHOLY518674(11)162.合成的PPARα激动剂Meyer等人发现了K-111(12,BM17.0744，ω-取代的烷基羧酸)是PPARα激动剂，且没有PPARγ和PPARδ激动活性。ClClClOHOK-111(12,BM17.0744)172.合成的PPARα激动剂2.2α-取代的苯丙酸衍生物日本Kyorin公司选择了KRP-297(13，PPARα/γ双重激动剂，对α/γ活性相当)作为先导化合物，开发选择性的PPARα激动剂。该公司科学家预测，将噻唑烷二酮(thiazolidine-2,4-dione，TZD)母核替换成其他的酸性官能团，如贝特类药物中的羧基，可能会减少PPARγ的亲和力，有利于PPARα的选择性(Fig.3)。根据这一思想，他们发现了一个PPARα激动剂(S)-10(14,KCL1998001079,α-烷基苯丙酸衍生物)。该化合物对PPARα有选择性。KRP-297(13)F3CNHOSNHOOOF3CNHOHOOO(S)-10(14)PPARα/γ双重激动剂replacementoftheTZDringwithcarboxylgroupPPARα选择性激动剂Fig.3.(S)-10的发现.182.合成的PPARα激动剂Fig.4.(S)-10的构效关系.F3CNHOHOOO位阻因素重要，疏水性重要链长度重要，形状重要酸性头部重要，链长度重要立体化学必需，形状重要192.合成的PPARα激动剂2.3恶唑基-丝氨酸类化合物大多数合成PPARα,γ和δ激动剂具有以下结构特征：极性头部“A”通过短链“B”和芳环“C”相连，芳环“C”又通过链“D”与疏水环“E”相连。短链“B”和链“D”有可以含有取代基F和G(Fig.5)。linkerDlinkerBsubstituentGringsystemECsubstituentFHOOAFig.5.合成PPARα,γ,和δ激动剂的结构特征.202.合成的PPARα激动剂在此结构特征基础上，Wei等人设计合成了一系列恶唑基-丝氨酸类PPAR激动剂，其中，15是活性最好的一个，对PPARα的EC50=0.67uM。NONOHOHNO15OO21三、PPARγ激动剂1.天然PPARγ激动剂•Palmer和Wolf发现了cis-parinaricacid(16,CPA,Fig.6)（杷荏酸，十八烷四烯酸）是PPARγ激动剂，其Kd值是669nM。这是脂肪酸激动PPARγ的第一次报道。•无环呋喃二萜化合物saurufuranA(17,Fig.6)是从Saururuschinensis（三白草）的根中得到的，是PPARγ激动剂，EC50=16.7uM。•15-deoxy-∆12,14前列腺素J2(15-d-PGJ2,18,Fig.6)是J-系列环戊烯酮前列腺素的代谢产物，是迄今最有效的天然PPARγ激动剂，其EC50=1-2uM。HOOcis-parinaricacid(16)OHOOsaurufuranA(17)OOHO15-deoxy-D12,14PGJ2(18)Fig.6.天然PPARγ激动剂.222.合成PPARγ激动剂2.1噻唑烷二酮类(Thiazolidinediones，TZDs)上世纪九十年代末，美国食品药品管理局(FoodandDrugAdministration，FDA)批准噻唑烷二酮类(“glitazones”orthiazolidinediones)药物上市，用于治疗Ⅱ型糖尿病。这类药物具有共同的结构特征：噻唑烷二酮母核(TZD)。232.合成PPARγ激动剂1997年，第一个噻唑烷二酮类药物曲格列酮（troglitazone）上市。之后因陆续出现肝损害报告而撤出。1999年，罗格列酮rosiglitazone和吡格列酮pioglitazone上市，成为此类目前应用的主要品种。SNHOOON吡格列酮pioglitazone(21)SNHOOONN罗格列酮rosiglitazone(20)HOOOSNHOO曲格列酮troglitazone(19)Fig.7.噻唑烷二酮类药物242.合成PPARγ激动剂同时，在九十年代中期，科学家发现噻唑烷二酮类药物的靶点是PPARγ。噻唑烷二酮类药物通过激动PPARγ，增加脂肪细胞、肝细胞、骨骼肌细胞对胰岛素的敏感性，促进胰岛素靶细胞对血糖的摄取、转运和氧化利用；同时降低血糖及游离脂肪酸的水平。252.合成PPARγ激动剂SNHOOONNeffectorlinkerbindereffectorsitebindingsiteFig.8.噻唑烷二酮类PPAR激动剂的药效团结构.Kurogi研究了噻唑烷二酮类药物的可能药效团结构。他将罗格列酮rosiglitazone和吡格列酮pioglitazone的结构分成连接区和效应区。连接区是噻唑烷二酮母核，效应区是决定生物活性的区域。在连接区和效应区之间有一个linker（Fig.8）。262.合成PPARγ激动剂2.2L-酪氨酸类化合物22是PPARγ的激动剂，其EC50在微摩尔数量级。以22为先导化合物，GlaxoWellcome(葛兰素威康)公司发现了PPARγ激动剂23(Fig.9)。OHOHNO22OHOHNOO23OHOHNOO24OHOHNOOON法格列酮farglitazar(25)OHOHNOOXNR2627X=O,R=4-pyridylX=S,4-methylpiperazinylFig.9.法格列酮farglitazar及其衍生物的发现.272.合成PPARγ激动剂•对化合物的结构优化发现23结构中烯胺酮基团被2-氨基二苯酮基团替换得到24，活性更好(Fig.9)。将24的苄基用4-乙基-5-甲基-2-苯基唑代替，得到高效选择性的PPARγ激动剂25(法格列酮，farglitazar)(Fig.9)。OHOHNO22OHOHNOO23OHOHNOO24OHOHNOOON法格列酮farglitazar(25)OHOHNOOXNR2627X=O,R=4-pyridylX=S,4-methylpiperazinylFig.