海洋肽类高活性Cath D抑制剂的结构优化及其生物学功能的初步研究

The development of high quality (high potent, selective and drug-like) Cathepsin D (Cath D) inhibitors is of great significance to its biological function studies and the correlation of Cath D and related diseases. In previous investigation, we finished the total synthesis and primary structural optimization of a marine peptide bearing special fragments. These studies led to the discovery of a selective and high potent Cath D inhibitor (IC50 at pM level). Based on these results, we will focus on the following studies in this project. Firstly, validating the minimal fragment of bioactive molecules by structural simplification with the assistance of CADD. Then we will focus on enhancing selectivity and drug-like properties of this hit by residue fused, bioisosteres, and conformational restriction. The resultant highly drug-like candidate will be used as chemical probe for preliminary study of Cath D functions. This project will afford new reference for the target validation of Cath D, and will take full advantage of marine natural products.

发展高活性、高选择性及良好类药性的组织蛋白酶D(Cath D)抑制剂，对阐明该蛋白酶的生物学功能及与相关疾病的关系具有重要意义。我们前期以含有独特结构的海洋多肽为模板，通过全合成及初步结构优化，发现了酶水平活性在pM级的Cath D选择性抑制剂。本项目拟在此基础上开展如下研究：根据分子对接的结果对苗头化合物进行结构简化，确定结构最简活性片段；然后通过残基骈合、电子等排、Freidinger肽局部构象限制及环化整体构象限制等拟肽化策略，进一步提高分子的选择性和类药性；以优化后的分子为化学探针，依次在分子水平、细胞水平上对Cath D的生物学功能进行初步研究，然后优选1-2个分子在动物水平进行初步的验证。本项目的开展将为探究Cath D的可靶性提供重要依据，且有助于深度挖掘海洋天然产物的研究价值。

组织蛋白酶D (Cath D)与多种恶性肿瘤呈正相关性，有可能成为肿瘤治疗的全新靶点。本项目根据经典药化理论及CADD指导，对前期获得的具有Cath D抑制活性的苗头化合物进行结构优化及生物学活性研究，主要包括以下几个部分工作：.对主要的砌块单元构建方法进行了优化，发展了高效制备氨基酮、酰胺及核心单元Ahppa的方法。逐个删除C末端的氨基酸残基发现：L-Pro-OMe对活性贡献很小；而逐个删除D-N-Me-Phe-OMe、L-Ala-OMe、L-Leu-OMe后，化合物的抑制活性下降了数十倍。选取有代表性的分子与靶蛋白进行对接，结果显示：C末端的Phe、Ala、Leu分别处于S1’和S3’疏水口袋中，与周围的氨基酸形成较强的疏水相互作用，该片段对于化合物的活性比较重要。逐步缩减N端的氨基酸残基，得到的化合物活性一般；在N末端引入间苯二酸片段进行改造，酶水平上测试活性不佳，提示应避免在此处进行单元替换。保留核心片段，依次进行氨基酸残基的删减，并在N端采用不同的亲脂链进行封闭，得到含3~7个残基的类似物，发现：C末端含甲酯的衍生物，活性略优于相应的羧酸衍生物；含有芳香环的衍生物普遍比含脂肪链的衍生物活性要高2~10倍。挑选部分酶抑制活性较高的分子进行细胞水平的测试，发现结果不够理想。我们推测，这可能是分子的过膜能力太差所致。接下来，我们又设计合成了连有穿膜肽的化合物。通过激光共聚焦细胞成像实验，我们发现代表性化合物能够有效穿过细胞膜，并且成功靶向溶酶体，验证了我们的设想。选择酶和细胞水平均有较高活性的分子在小鼠上进行了初步的动物水平评价，没有发现明显的抑瘤作用，可能是由其代谢过快、半衰期太短所致。因此，后续进行深度的成药性优化以提高其代谢稳定性等有望解决这一问题，这部分研究还在进行中。.本项目共完成39个分子的合成及活性测试，初步建立了其对Cath D抑制活性的构效关系，为海洋多肽类Cath D抑制剂的研究提供了参考，也有助于推进海洋药物研究。