新型、高效N-甲基氧肟酸类尿素酶抑制剂的设计、合成与活性研究

Urease is indispensable for colonization of human gastric mucosa by Helicobacter pylori. Therefore, approaches based on urease inhibitor are now considered as front line treatment for digestive diseases caused by H. pylori. Exploring a potent urease inhibitor with fast binding mechanism is a problem urgent to solve. Diarylethane (DAE) was a urease inhibitor recently found in our group, and a novel urease inhibitor, DAE-MHA (diarylethane-N-methylhydroxamic acid), was designed by confusing DAE and hydroxamic acid (HA) according to the Structure-Based Drug Design and the Combination Principle. Inhibitory activity of the combined molecule will be expected to significantly increase by means of the complementary binding of DAE and MHA segments at the urease active site; the teratogenicity of HA derivatives will be eliminated by blocking the Lossen rearrangement; the structural optimization will be guided by QSAR and binding model; the pharmacological activity of the target molecules will be evaluated by such as enzyme inhibitory, acute toxicity and anti-gastritis determinations. One to two hits with fast binding mechanism, activity showing IC50 of nM-order and safety are hoped to be found as leads for discovering a drug with independent intellectual property rights. This project will provide a new method for urease inhibitor discovery, and is very important to exploring a new drug for treatment of gastritis and gastric ulcer.

尿素酶是幽门螺旋杆菌在胃内强酸环境中存活的根本原因，因此，尿素酶抑制剂（UI）被视为治疗相关消化性疾病的首选药物,寻找具有快速作用机制和高活性的UI是目前亟待解决的重大难题。本项目根据拼合原理和"基于结构的药物设计"理念，将前期研究中发现的新型UI二芳基乙烷（DAE）与经典的UI氧肟酸（HA）融合，创造性地设计出DAE-MHA（DAE-N-甲基HA）型UI。拟借助DAE、MHA两片段在活性点上的互补性结合来提高目标分子的活性；通过阻断Lossen重排来消除目标分子潜在的致畸作用；通过QSAR和结合模式的研究来指导结构优化；从尿素酶抑制活性、急性毒性、抗胃炎活性等多个角度来综合评价目标化合物的药理活性。力争获得具有快速作用机制、活性达nM级、安全性高的尿素酶抑制剂1-2个，为最终开发具有自主知识产权的药物奠定基础。本项目将为UI研究提供新方法，对新型抗胃炎、胃溃疡药物的研究有重大意义。

尿素酶是幽门螺旋杆菌（Hp）、解脲支原体（Mu）等病菌的重要致病因子，因此尿素酶抑制剂可以用于Hp感染所致胃炎、溃疡，以及Mu感染所致的尿路结石等疾病的治疗。本项目致力于设计与合成新型的尿素酶抑制剂，发现具有成药价值的高活性化合物。项目执行期间，设计并合成了3个系列化合物，取得了预期的研究成果，达到了预期的研究目标，共发表论文10篇，其中6篇为SCI收录，授权发明专利12项，正在撰写中的论文3篇，研究成果获得湖南省自然科学三等奖1项。主要研究成果体现在如下几方面：（1）发现了比较理想的先导化合物3-(间氯苯基)-3-羟基丙酰氧肟酸（CPHA）。共发现了4个nM级的尿素酶抑制剂，活性最好的IC50低至30nM，活性是市场药物乙酰氧肟酸的1200多倍。其中CPHA已经进行了比较深入的研究，完成了外消旋体的拆分、绝对构型的确定、手性单体的活性测定、外消旋体与活性单体的毒性与体内活性、50g级别的合成的工艺条件等。（2）揭示了芳基丙酰氧肟酸类尿素酶抑制剂的构效关系。芳基丙酰氧肟酸的CHOH基团为氧原子取代时，对活性影响不大；相比之下NH取代杂原子O时，活性有所提高；延长侧链的长度，活性显著提高， 活性最高这IC50低于30nM。（3）提出了新的抑制类型。动力学研究表明CPHA具有混合型抑制机制，计算机模拟为这种混合型抑制提出了合理的理论解释，并在此基础上提出了一种新型的抑制类型，竞争-反竞争型混合型抑制机制，其动力学方程和线性混合型的竞争-非竞争型抑制动力学方程具有相同的表达形式。（4）发现了1,2-二芳基乙烷类新型尿素酶抑制剂。1,2-二芳基乙烷类尿素酶抑制剂活性虽不如丙酰氧肟酸类高，但活性最好的IC50达到1.5μM，是阳性对照乙酰氧肟酸活性的10余倍，它化学结构稳定，能作为肥料、饲料添加剂，具有一定的应用前景。（5）发现了黄酮基尿素酶抑制剂。对天然黄酮进行筛选，并对黄酮进行改造，获得一系列新型尿素酶抑制剂。天然黄酮尿素酶抑制活性的发现，为菊花、槐花米等以黄酮为主要活性成分的中药材的养胃健胃功效，提供了一种理论解释，也为更加科学的运用这些中药材，形成新的治疗方案提供了依据。