NLRP3炎症小体靶向抑制剂的发现、设计、合成及其对非可控性炎症相关疾病治疗的探索

Inflammation, as a self-protection mechanism of body, can eliminate infections or harmful substances. However, an imbalance in the inflammatory response can also lead to disease. The overactivation of NLRP3 inflammasome can induce the maturation and secretion of proinflammatory cytokines such as IL-1β, which is involved in the development of many non-controllable inflammatory diseases. Targeting the NLRP3 inflammasome has become a research hotspot in the treatments of inflammation-related diseases. Most of the current reports are mainly nonselective inhibitors of NLRP3 inflammasome. However, multi-target will lead to side effects. The development of targeting NLRP3 inflammasome inhibitors will provide a more accurate anti-inflammatory strategy. First of all, based on the reported ATP-binding site of the NLRP3 NACHT domain and identified tetrahydroisoquinoline NLRP3 inhibitors，we will understand the structure-activtity relationship of inhibitors targeting NLRP3 inflammasome initially by framework similarity search strategy. Secondly, based on structure-activity relationship and computational chemistry, the intrinsic relationship between the properties of reconstructed molecular and the inhibitory activity was analyzed, which can guide the optimization of molecules to obtain highly active reconstructed compounds. Thirdly, establishing a systematic and suitable method evaluates the biological activity and research mechanism of NLRP3 inflammasome inhibitors.

炎症作为机体的一种自我保护机制可以清除体内感染或有害物质，但是炎症反应失调也会导致疾病产生。NLRP3炎症小体异常激活能够诱导IL-1β等促炎因子的成熟和分泌，参与多种非可控性炎症相关疾病的发生发展，其抑制剂已成为新型抗炎药物开发的热点。目前报道的以非选择性炎症小体抑制剂为主，多作用靶点会产生副作用，选择性靶向NLRP3炎症小体将提供一种更加精确的抗炎治疗策略。首先，本项目基于已报道的NLRP3 NACHT结构域的ATP结合口袋，以前期发现的四氢异喹啉类NLRP3抑制剂为基础，运用骨架相似性搜寻策略初步了解其构效关系。通过抗炎结构片段结合骨架重构策略，设计并合成骨架多样的NLRP3靶向抑制剂库。其次，基于构效关系和计算化学，分析重构分子结构性质与抑制活性之间的内在关系，指导化合物的优化设计，获得高活性的重构化合物。再次，建立较系统的，适用于NLRP3抑制剂生物活性评价和生物机制研究的方法。

NLRP3炎症小体一种多蛋白复合物，在固有免疫系统中发挥重要的作用。正常条件下，NLRP3炎症小体的激活有利于机体抵御外界刺激和微生物感染；然而其持续性异常活化则会诱导机体发生过度的炎症反应，促进多种炎症性疾病的发生和发展。因此，抑制NLRP3炎症小体的相关通路被认为是一种有前景的治疗策略。尽管一些NLRP3炎症小体的抑制剂已经被报道，但目前仍没有靶向NLRP3炎症小体的药物上市。因此，开发新型骨架的工具分子对于干预NLRP3炎症小体介导的炎症反应仍具有重要意义。.本研究利用计算机辅助药物设计构建了基于配体结构的药效团模型和基于受体的对接筛选模型。虚筛结果表明，四氢喹啉骨架的苗头化合物具有良好的NLRP3炎症小体抑制活性。因此，我们对四氢喹啉类苗头化合物进行初步结构优化，合成了28个具有不同电子效应和空间效应的四氢喹啉衍生物。生物活性测试结果表明，R-乙酰苯基双取代的化合物6对NLRP3炎症小体抑制活性最强IC50约为8μM。.体外的研究结果表明，化合物6作为NLRP3炎症小体的工具分子主要抑制NLRP3炎症小体的活化阶段。化合物6可特异性地抑制NLRP3炎症小体的激活，而对其他炎症小体如NLRC4和AIM2炎症小体的活化没有影响。在分子机制方面，化合物6通过抑制ASC寡聚化过程从而抑制NLRP3炎症小体的组装。化合物6与NLRP3蛋白的NACHT结构域特异性结合，抑制NLRP3 ATP酶活性从而抑制NLRP3炎症小体的组装和活化。此外，体内实验证明了化合物6在体内DSS诱导的小鼠溃疡性结肠炎模型中具有明显的治疗作用。.在化合物6的基础上进行结构设计和迭代优化，以改善先导化合物的成药性。结果表明，单取代的乙酰苯基化合物S-8表现出水溶性增加、透膜性增加等改良的理化性质。因此，我们设计和合成了一系列单取代的四氢喹啉衍生物。其中，化合物S-9具有最强的NLRP3炎症小体介导的IL-1β抑制活性，其IC50约为4μM。化合物S-9具有良好的药代动力学特征，在体内外均表现出良好的抗炎活性，为开发治疗NLRP3炎症小体介导的炎症性疾病提供了一种潜在的候选化合物。