《1，2-二氨基-3-苯丙烷类氨肽酶n抑制剂的设计、合成及其活性研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1，2-二氨基-3-苯丙烷类氨肽酶n抑制剂的设计、合成及其活性研究（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、药物化学专业优秀论文药物化学专业优秀论文 1 1，2-2-二氨基二氨基-3-3-苯丙烷类氨肽酶苯丙烷类氨肽酶 N N 抑制剂抑制剂的设计、合成及其活性研究的设计、合成及其活性研究关键词：氨肽酶关键词：氨肽酶 N N 抑制剂抑制剂 1 1，2-2-二氨基二氨基-3-3-苯丙烷苯丙烷 药物设计药物设计 化学合成化学合成 晶体结晶体结 构构 抑制活性抑制活性摘要：氨肽酶 N（Aminopeptidase N，APN） ，亦被称为 CD13，是一类锌离子依 赖性金属蛋白酶，广泛存在于小肠、肾及中枢神经系统的多种细胞表面。相比 于正常细胞，该酶在肿瘤细胞表面高水平表达。研究证明氨肽酶 N 在肿瘤生长、
2、侵袭和转移过程中发挥着重要作用：（1）降解细胞外基质，促进原发肿瘤的生 长侵袭，有利于肿瘤的转移；（2）氨肽酶 N 是肿瘤新生血管的调节器，可以促 进肿瘤新生血管的形成；（3）降解胸腺肽和白介素，降低机体免疫机能。世界 卫生组织曾指出 70的晚期癌症患者出现明显的疼痛，癌症引起的疼痛亦是临 床治疗癌症的一个难题，往往使用的是阿片类药物。研究报道生物体内具有阿 片样物质，脑啡肽即是其中一个。但脑啡肽易被体内的氨肽酶 N 所降解，令其 作为镇痛药具有局限性。 正因为氨肽酶 N 与肿瘤的密切关系，抗氨肽酶 N 药 物的研究是抗肿瘤研究领域的一个热点。目前的研究主要包括氨肽酶 N 单抗， 氨肽酶 N
3、配体药物和氨肽酶 N 抑制剂三方面。其中氨肽酶 N 单抗仅仅只是用于 基础研究；氨肽酶 N 配体药物研究已有报道 APN 的特异性受体 NGR（asparagine-glycine-arginine）与肿瘤药物偶联后取得令人满意的治疗 效果。抗氨肽酶 N 药物研究较成熟的方面是氨肽酶 N 抑制剂的开发，Bestatin 作为第一个上市的氨肽酶 N 抑制剂，临床上已经用于治疗急性成年人非淋巴性 白血病。近年又发现许多氨肽酶 N 天然抑制剂，如 Probestatin，Amastatin，Curcumin 等；另外，人们还合成了许多小分子化合 物氨肽酶 N 抑制剂，如 -氨基磷酸抑制剂，-氨基硫醇
4、类抑制剂等。本课题 组以氨肽酶 N 为靶点，经十几年的研究亦报道了许多小分子类肽化合物。 本 研究以氨肽酶 N 为靶点在充分调研文献的基础上，基于 E-Coli 氨肽酶 N（eAPN）的三维晶体结构及 bestatin 与 eAPN 作用模式，通过计算机辅助合理 药物设计，合成一系列小分子类肽化合物并对它们进行初步的活性筛选，以期 找到具有良好的氨肽酶 N 抑制活性的先导化合物。 实验方法: 目前为止人 氨肽酶 N 的晶体结构尚未报道，2006 年大肠杆菌氨肽酶 N 的晶体结构以及其与 bestatin 复合物的晶体结构陆续被报道。eAPN 的晶体结构表明氨肽酶 N 活性区 域至少包含有一个阴
5、离子结合位点和三个疏水性口袋，即：位于锌离子左侧的 S1 和右侧的 S1#39;和 S2#39;口袋。本研究以 bestatin 作为先导物， 充分利用计算机辅助药物设计软件的优势，构建了一系列小分子化合物库，并 对所建立的小分子化合物库进行虚拟筛选，寻找到与 eAPN 活性中心区域匹配良 好的 1，2-二氨基-3-苯丙烷骨架。利用计算机软件 Syby1 将该骨架和 bestatin 的母核 AHPA 进行比对，发现二者与 eAPN 的活性中心作用模式相似，并且二者 的溶剂可及化表面也极为相似。在构建的母核 1，2-二氨基-3-苯丙烷结构基础 上，然后将不同的结构片段与之拼接后再利用柔性对接模
6、拟目标化合物与靶酶 的作用模式，依此对 1，2-二氨基-3-苯丙烷骨架的侧链进行结构修饰，合理设 计目标化合物。 本研究以 D-苯丙氨酸作为起始原料，经甲酯化、甲磺酰化、 叠氮化及还原反应得到关键中间体（2R）-2-叔丁氧羰酰胺基-3-苯基-丙胺，再利用经典的二肽缩合反应，将不同的结构片段与之相拼接得到一系列二肽类化 合物。第二系列类三肽化合物是在第一系列类二肽化合物基础上进行结构优化 而来，将已制备的不同的二肽与（2R）-2-叔丁氧羰酰胺基-3-苯基-丙胺进行缩 合反应，再将保护基团脱去得到一系列类三肽目标化合物。此外，本研究将目 标化合物进行了体外抑酶实验、体外 HL-60 细胞生长测试实
7、验，筛选有氨肽酶 N 抑制活性的化合物。 实验结果: 本文共设计并合成了 79 个目标化合物， 并对所有化合物通过红外光谱、核磁共振氢谱、电喷雾质谱等方法进行了结构 确证。经查阅文献证实，所合成的目标化合物为新型化合物，未见文献报道。 本研究第一系列合成了 38 个以 1，2-二氨基-3-苯丙烷为骨架结构的类二肽化 合物，体外抑酶实验显示大部分化合物对氨肽酶 N 具有一定的抑制活性，化合 物 11j，11k，11p，21 显示了良好的酶活性，但抑酶效果和对照物 bestatin 有 一定的差距。分析化合物 11j，11k，11p 结构特征发现，化合物末端的极性基 团（如羟基，巯基，氨基等）可以
8、提高化合物的氨肽酶 N 抑制活性；另外，化 合物 21 作为本系列中的一个类三肽化合物，显示了不错的抑制活性，推测与其 结构有关。在第一系列化合物活性结果基础上，我们以第一系列中 11p 和 21 作 为先导物，对其进行结构修饰和优化，设计并合成了 41 个类三肽化合物，体外 抑酶实验显示本系列相比于第一系列化合物，活性有明显提高。从结构上来讲， 第二系列类三肽化合物与氨肽酶 N 的活性中心的作用优于类二肽化合物，骨架 的苯环可以伸入活性中心的 S1 疏水性口袋，而两个侧链 R 和 R1 分别伸向 S1 和 S2口袋。其中化合物 32d，44a，44d，44h 的 IC50 在 10M 以下，
9、接近于 对照物 Bestatin（IC50：3.10.6M）的氨肽酶 N 抑制活性。 体外细胞实 验通过 MTT 法测定了目标化合物对白血病细胞 HL-60 的生长抑制作用，结果显 示对 APN 酶抑制作用强的化合物 11p，21，32d，44a，44d 和 44h 同样有很强的 HL-60 细胞抑制活性，化合物 32d 和 44h 的 IC50 分别为 0.290.06mM 和 0.270.08mM，超过了 bestatin。此外，基于氨肽酶 N 在脑啡肽降解过程中发 挥着关键作用，本文建立了两套氨肽酶 N 抑制剂筛选体系用来更好的考察新型 氨肽酶 N 抑制剂的活性。无论是豚鼠回肠平滑肌电针
10、刺激实验体系，还是 HPLC 检测二肽 Tyr-Gly 在豚鼠脑蛋白中降解的实验体系，都可以很好地用于评价氨 肽酶 N 新型抑制剂的活性。 最后，本文在 1，2-二氨基-3-苯丙烷类氨肽酶 N 抑制剂活性结果基础上，以所合成的化合物为对象，利用计算机软件进行了 初步的定量构效关系研究。分子对接研究通过化合物 44h 的分子对接模式图解 析了本课题中氨肽酶 N 抑制剂与氨肽酶 N 活性中心的作用位点及作用模式。化 合物 44h 的苯环，赖氨酸侧链及巯基侧链分别占据氨肽酶 N 活性区域的三个疏 水性口袋 S1，S1和 S2 ，抑制剂与氨肽酶 N 活性中心区域匹配良好。采用比 较分子场分析方法（Co
11、MFA）建立了 1，2-二氨基-3-苯丙烷类氨肽酶 N 抑制剂 的定量构效关系（QSAR）模型。通过对 CoMFA 模型立体场等势线图和静电场等 势线图的分析，建立的 CoMFA 模型具有较高的交叉验证系数 q2 和一定的预测能 力。 研究结论: 本研究基于氨肽酶 N 的晶体结构及抑制剂与酶的作用模式， 利用计算机软件进行设计并合成的 1，2-二氨基-3-苯丙烷类化合物具有很好的 氨肽酶 N 抑制活性。所设计的合成路线科学合理，原料经济易得。通过初步的 活性测试发现了具有进一步研究价值的化合物。基于化合物结构和活性数据建 立了有一定预测能力的定量构效关系模型，为今后新型氨肽酶抑制剂的研究提 供
12、了帮助。正文内容正文内容氨肽酶 N（Aminopeptidase N，APN） ，亦被称为 CD13，是一类锌离子依赖 性金属蛋白酶，广泛存在于小肠、肾及中枢神经系统的多种细胞表面。相比于 正常细胞，该酶在肿瘤细胞表面高水平表达。研究证明氨肽酶 N 在肿瘤生长、 侵袭和转移过程中发挥着重要作用：（1）降解细胞外基质，促进原发肿瘤的生 长侵袭，有利于肿瘤的转移；（2）氨肽酶 N 是肿瘤新生血管的调节器，可以促 进肿瘤新生血管的形成；（3）降解胸腺肽和白介素，降低机体免疫机能。世界 卫生组织曾指出 70的晚期癌症患者出现明显的疼痛，癌症引起的疼痛亦是临 床治疗癌症的一个难题，往往使用的是阿片类药物
13、。研究报道生物体内具有阿 片样物质，脑啡肽即是其中一个。但脑啡肽易被体内的氨肽酶 N 所降解，令其 作为镇痛药具有局限性。 正因为氨肽酶 N 与肿瘤的密切关系，抗氨肽酶 N 药 物的研究是抗肿瘤研究领域的一个热点。目前的研究主要包括氨肽酶 N 单抗， 氨肽酶 N 配体药物和氨肽酶 N 抑制剂三方面。其中氨肽酶 N 单抗仅仅只是用于 基础研究；氨肽酶 N 配体药物研究已有报道 APN 的特异性受体 NGR（asparagine-glycine-arginine）与肿瘤药物偶联后取得令人满意的治疗 效果。抗氨肽酶 N 药物研究较成熟的方面是氨肽酶 N 抑制剂的开发，Bestatin 作为第一个上市
14、的氨肽酶 N 抑制剂，临床上已经用于治疗急性成年人非淋巴性 白血病。近年又发现许多氨肽酶 N 天然抑制剂，如 Probestatin，Amastatin，Curcumin 等；另外，人们还合成了许多小分子化合 物氨肽酶 N 抑制剂，如 -氨基磷酸抑制剂，-氨基硫醇类抑制剂等。本课题 组以氨肽酶 N 为靶点，经十几年的研究亦报道了许多小分子类肽化合物。 本 研究以氨肽酶 N 为靶点在充分调研文献的基础上，基于 E-Coli 氨肽酶 N（eAPN）的三维晶体结构及 bestatin 与 eAPN 作用模式，通过计算机辅助合理 药物设计，合成一系列小分子类肽化合物并对它们进行初步的活性筛选，以期 找
15、到具有良好的氨肽酶 N 抑制活性的先导化合物。 实验方法: 目前为止人 氨肽酶 N 的晶体结构尚未报道，2006 年大肠杆菌氨肽酶 N 的晶体结构以及其与 bestatin 复合物的晶体结构陆续被报道。eAPN 的晶体结构表明氨肽酶 N 活性区 域至少包含有一个阴离子结合位点和三个疏水性口袋，即：位于锌离子左侧的 S1 和右侧的 S1#39;和 S2#39;口袋。本研究以 bestatin 作为先导物， 充分利用计算机辅助药物设计软件的优势，构建了一系列小分子化合物库，并 对所建立的小分子化合物库进行虚拟筛选，寻找到与 eAPN 活性中心区域匹配良 好的 1，2-二氨基-3-苯丙烷骨架。利用计
16、算机软件 Syby1 将该骨架和 bestatin 的母核 AHPA 进行比对，发现二者与 eAPN 的活性中心作用模式相似，并且二者 的溶剂可及化表面也极为相似。在构建的母核 1，2-二氨基-3-苯丙烷结构基础 上，然后将不同的结构片段与之拼接后再利用柔性对接模拟目标化合物与靶酶 的作用模式，依此对 1，2-二氨基-3-苯丙烷骨架的侧链进行结构修饰，合理设 计目标化合物。 本研究以 D-苯丙氨酸作为起始原料，经甲酯化、甲磺酰化、 叠氮化及还原反应得到关键中间体（2R）-2-叔丁氧羰酰胺基-3-苯基-丙胺，再 利用经典的二肽缩合反应，将不同的结构片段与之相拼接得到一系列二肽类化 合物。第二系列类三肽化合物是在第一系列类二肽化合物基础上进行结构优化 而来，将已制备的不同的二肽与（2R）-2-叔丁氧羰酰胺基-3-苯基-丙胺进行缩 合反应，再将保护基团脱去得到一系列类三肽目标化合物。此外，本研究将目 标化合物进行了体外抑酶实验、体外 HL-60 细胞生长测试实验，筛选有
