ANO1蛋白抑制剂的设计与合成及镇痛作用研究

Calcium-activated chloride channel（CaCC） is an membrane anion channel which takes part in secretion, nerve signal transmission and several physiological activities. The Anoctamin 1(ANO1) protein is one of the molecular basis of this channel, which can promote the depolarization of nerve cells by transporting anions to the outside of the cell membrane and affect the process of nerve signal transduction. In vivo and in vitro experiments have shown that ANO1 may be a potential new target for analgesic drugs. However, the activity and selectivity of current ANO1 inhibitors still needs to be improved, and the molecular mechanism of analgesia remains to be further elucidated. In this project, based on our previous research results, new ANO1-targeted inhibitors are planned to be designed and optimized. The main contents include: 1) Design and synthesis of the ANO1 inhibitors by computer-aided drug design approach based on the structure-activity relationship and structural features of ANO1 protein. 2) Evaluating the inhibition activities, selectivity and analgesic activity of synthesized molecules by fluorescence labeling, whole-cell patch clamp and in vivo experiments, respectively. 3) Studying the analgesic mechanism of ANO1 inhibitors in inflammatory pain. 4) Evaluating the drugabilities of the selected inhibitors. Through this project, it is expected that the ion channel-based drug design strategies will be developed and the development of new drug targets and analgesic drugs will be promoted.

钙激活氯通道是一种位于细胞膜上的阴离子通道，参与分泌、神经信号传导等生理活动。ANO1蛋白是该通道的分子基础之一，它可以通过向细胞膜外输送阴离子而促进神经细胞去极化，影响神经信号传导过程。体内外实验均表明，ANO1是一种潜在的镇痛药物靶标。鉴于目前ANO1抑制剂的选择性较差，活性尚有待提高以及镇痛分子机理还有待进一步阐明等问题，本项目在现有工作的基础上，基于ANO1靶点进行新型药物分子的设计与优化。主要内容包括：基于构效关系及ANO1结构特征，借助计算机辅助药物设计技术，设计并合成ANO1抑制剂；利用细胞特征荧光标记、全细胞膜片钳方法及动物体内实验分别对所合成分子的活性、优选分子选择性及镇痛活性进行评价；对ANO1抑制剂镇痛分子机理深入研究，解析其在炎症疼痛中的镇痛机制；对优选分子进行初步成药性评价。通过本项目研究将发展基于离子通道的药物设计策略，推动新型镇痛药物靶标和镇痛药物的发展。

钙激活氯通道是一种位于细胞膜上的阴离子通道，参与分泌、神经信号传导等生理活动。ANO1蛋白是该通道的分子基础之一，它可以通过向细胞膜外输送阴离子而促进神经细胞去极化，影响神经信号传导过程，体内外实验均表明，ANO1是一种潜在的镇痛药物靶标。鉴于已报道的ANO1抑制剂的选择性较差，活性尚有待提高以及镇痛分子机理还有待进一步阐明等问题，本项目旨在基于NO1靶点进行新型药物分子的设计与优化，并按计划执行了：基于ANO1结构及其与小分子抑制剂的结合模式，借助计算机辅助药物设计技术，设计并合成ANO1抑制剂；利用细胞特征荧光标记、全细胞膜片钳方法及动物体内实验分别对所合成分子的活性、优选分子选择性及镇痛活性进行评价；对ANO1抑制剂镇痛分子机理深入研究，探讨其在炎症疼痛中的镇痛机制；对优选分子进行初步成药性评价。项目取得的主要研究结果为：（1）根据鼠源ANO1蛋白冷冻电镜结构，同源模建了人源ANO1蛋白结构，并结合点突变实验进行了结合位点研究，提出了抑制剂可能结合位点；（2）通过分子对接并结合动力学模拟方法分析了ANO1蛋白-小分子结合模式，在此基础上对噻吩甲酸类化合物进行了理性设计与优化；（3）通过化学合成方法的设计与优化，合成了60余个噻吩甲酸衍生物；（4）基于细胞荧光标记、全细胞膜片钳方法对合成化合物进行了活性评价，发现了多个具有高活性的ANO1蛋白抑制剂；（5）在多种疼痛模型下对优选化合物进行了体内镇痛活性评价，发现化合物具有II相疼痛强效镇痛作用，并发现了优选化合物具有抑制肿瘤骨疼痛的作用；（6）对优先化合物进行了毒性及药代动力学性质的初步评价。本项目研究成果为推进基于ANO1离子通道的新型镇痛药物靶标和镇痛药物的发展奠定了基础。在项目执行期发表期刊论文4篇、会议报告论文3篇，获得中国发明专利授权1项，申请中国发明专利1项，培养硕士研究生3名、博士研究生2名。项目整体完成了任务书拟定的研究计划。