香豆素类化合物GPR35激动活性及其构效关系研究

GPR35 has been reported to be closely related with gastric cancer, hypertension, diabetes and asthma, and is expected to be a potential therapeutic target for these diseases. The lack of crystal structure as well as ligands of GPR35 greatly hindered the depth understanding of this acceptor. This project will carry out an investigation of GPR35-agonisting activity of coumarins and explore the structure-activity relationship of this type of compounds, for the purpose of revealing the interaction between coumarins and GPR35 and the ligand preference of this acceptor. This project will synthesis a series of coumarin analogues containing different substituents on the basis of hydroxycoumarins, and disclose the effects of the varied substituted groups of coumarins on GPR35-agonisting activity in both qualitative and quantitative aspects using CLIP. Based on the weight of varied groups in different positions in the GPR35-agonisting activity, a structural-activity relationship of coumarins will be constructed. In addition, computational methods including partial least squares, conformational analysis and molecular alignment will be employed to discovery the interactions between GPR35 and its ligands using feature descriptors of small molecules. This project will successfully complete the development of GPR35 agonists and provide guidance for the reasonable modification of lead compounds, which may also be theoretical basis and foundation for the elucidation of biological functions of GPR35 as well as the development mechanisms of related diseases.

GPR35与胃癌、高血压、糖尿病以及哮喘等多种疾病密切相关并有望成为这些疾病的潜在治疗靶点。而GPR35晶体结构的缺失及其激动剂的匮乏极大的阻碍了GPR35生物学意义的研究。本项目以揭示GPR35与其配体间的相互作用规律及其激动剂的结构特性为目的，拟以羟基香豆素类化合物为结构基础，设计并合成系列具有不同性质基团的结构类似物。借助CLIP技术从定性和定量两方面剖析化合物结构改变对GPR35激动活性的影响，研究不同位置及不同性质基团的改变对化合物活性影响的权重，建立化合物结构-GPR35激动活性关系。并借助偏最小二乘、构象分析、分子叠合等计算方法，探索影响GPR35激动活性的小分子结构特性，揭示GPR35与配体间的相互作用规律。本项目圆满完成将对GPR35激动剂的开发及先导化合物的合理改造提供科学指导，同时也为阐明 GPR35的生物学功能和相关疾病的发生机制提供理论依据和研究基础。

GPR35与胃癌、高血压、糖尿病以及哮喘等多种疾病密切相关并有望成为这些疾病的潜在治疗靶点。本项目在实施的三年中，针对现有GPR35激动剂种类少、活性低、特异性差等切实问题，以羟基香豆素类化合物为结构基础，通过高效的半合成及全合成技术，在香豆素母核的不同位置引入不同性质基团，构建了结构多样的含有不同性质取代基的香豆素类化合物60个。进一步采用高表达GPR35的HT29细胞为细胞模型，利用CLIP技术对系列化合物的GPR35激动活性进行了定量与定性分析，初步建立了基本构效关系，并筛选确定了先导化合物（3-羧基香豆素）。进一步在此基础上，设计制备化合物70余个，从定性与定量两方面剖析了香豆素类化合物不同位置引入不同性质基团后对GPR35激动活性的影响，建立了香豆素类化合物结构-GPR35激动活性关系，并获得了具有良好成药前景的强效GPR35激动剂（6-溴-8-硝基-7-羟基-3-四氮唑香豆素），激动活性达到了5.8 nM，高于阳性对照药敏喘宁近70倍，并且表现了很好的成药性：亲脂性（clog P）为1.74，配体效应（LE）为0.39， 配体-亲脂性效应（LLE）为6.49，具有很好的成药前景及开发价值。此外，本项目还系统研究了羟基香豆素结构-代谢关系，提出了羟基香豆素药理活性与代谢稳定性同步提高的结构改造策略；同时还基于此，设计开发了首个单光子与首个双光子香豆素类COMT荧光探针，实现了复杂体系中COMT活性的高通量与高灵敏度检测在新药研发及临床药理学领域具有良好的应用前景。本项目共设计制备了香豆素类化合物130余个，发表学术论文13篇，其中SCI论文12篇，IF>5的论文4篇，申报国家发明专利4项，辅助培养博士研究生2名，硕士研究生2人，超额完成了本项目的各项预期研究结果。上述工作为设计开发高效、特异性GPR35激动剂以及为香豆素类化合物的理性开发奠定了理论基础，并具有重要的指导意义。