作用于组织蛋白酶K的抗骨质疏松药物的设计、合成与活性研究

The pathological resorptive bone diseases, such as osteoporosis,rheumatoid arthritis and transitive bone metastases,are largely mediated by cathepsin K, a lysosomal proteinase that is expressed and secreted by mature osteoclasts.The selective inhibition of a single and pathology causing enzyme such as cathepsin K seems to be advantageous over anti-resorptive approaches. In our previously study, XST-10,a benzopyrazole -α,β-unsaturated aromatic ketone compound, was found to be a specific cathepsin K inhibitor, and it was also effective for preventing zebra fish osteoclastic bone resorption caused by glucocorticoids.At the same time,XST-10 showed inhibitive activities on several tumor cell proliferation in vitro.The activity was same or much potent as Paclitaxel against HCT116 cells.The toxicity of XST-10 was very low. All these results indicated that XST-10 is a potential leading compound for further study. In order to discover new potential specific cathepsin K inhibitors, further modificatin and optimaization of compound XST-10 should be explored, their anti osteoporosis activity and structure-activity relationships will be conducted in present project.

骨质疏松症、类风湿性关节炎和转移性骨癌的发病都与破骨细胞介导的病理性骨吸收有关。组织蛋白酶K是一溶酶体半胱氨酸蛋白酶，在破骨细胞中高表达，对破骨细胞的功能发挥非常重要。组织蛋白酶K抑制剂是新兴的单分子功能靶向治疗骨病理性吸收疾病的药物研发策略之一。课题组在进行组织蛋白酶K抑制剂的研究中，发现取代苯并吡唑α、β不饱和芳酮化合物XST-10具有选择性抑制组织蛋白酶K的活性，并能抵消糖皮质激素导致的斑马鱼骨质疏松症状。XST-10还显著抑制多种肿瘤细胞的增殖，抑制HCT116的活性与多西紫杉醇相当甚至更强，并且毒性很低。提示其作为针对组织蛋白酶K靶向治疗的先导化合物，非常值得进一步研究。本课题将在前期研究基础上，以XST-10为先导结构，借助计算机辅助设计等技术手段，进行新型组织蛋白酶K选择性抑制剂的设计、合成及以抗骨质疏松为主的活性研究，为发现新型的病理性骨吸收疾病治疗药物奠定基础。

Cat K是一个溶酶体半胱氨酸蛋白酶，在破骨细胞中高表达，在骨吸收中起重要作用。人的Cat K对三螺旋胶原蛋白具有非常高的胶原酶活性，通过对Cat K的抑制可以预防骨胶原蛋白基质降解，抑制骨吸收功能，从而对抗骨质疏松。另外，Cat K也与关节炎、肿瘤、心血管疾病、肥胖等疾病相关。.课题前期在进行Cat K抑制剂的研究探索中，发现苯并咪唑α、β不饱和芳酮化合物（XST-10）具有抑制Cat K的活性。糖皮质激素致斑马鱼骨质疏松模型体内活性初步研究结果显示，XST-10明显改善斑马鱼骨质疏松症状。体外抗肿瘤活性测定结果，XST-10等显著抑制多种肿瘤细胞的增殖。初步毒性试验结果，该类化合物的毒性很低。本课题在前期研究基础上，以XST-10为先导化合物，借助计算机辅助等技术手段，进行新型Cat K选择性抑制剂的设计、合成及生物活性研究。另外，通过构建药效团模型，结合分子对接进行虚拟筛选，并对筛选出的化合物进行活性测试，为发现新型的Cat K抑制剂进行探索。.合成目标化合物128个，中间体52个，合计180个；测定了目标化合物对Cat K、Cat L、Cat S及Cat B的抑制活性；测定了部分化合物对破骨细胞生成的抑制作用和化合物21的体内抗骨肉瘤活性。测定了目标化合物的斑马鱼体内抗骨质疏松作用。初步总结了该类化合物的Cat K选择性抑制作用的构效关系，筛选得到了值得深入研究的候选化合物A-20 、A-22和21等。.分别在Bioorganic & Medicinal Chemistry（2018, 26: 8-16）和RSC Advances (2016, 6, 82961–82968) 发表SCI论文各1篇。培养毕业博士研究生2人。获得专利授权1项。