以结构分析辅助天然产物来源的β-分泌酶非竞争性抑制剂的优化

Beta-secretase is a drug target which is key to the occurrence and development of Alzheimer's disease. Our group reported for the first time Aloe chromones as the competitive beta-secretase (BACE1) inhibitors, different from those inhibitors widely explored and those entered into clinical trails. This project will focus on the chromone and structural analogues, to explore their interactions with BACE protein, aided by structural analysis techniques, such as STD-NMR and X-ray crystallography, and apply the knowledge to rational drug design and structural optimizaiton. It is expected that AD therapeutic agents through different ways of BACE inhibition from currently recognized inhibitors could be developed.

β-分泌酶是对阿尔茨海默氏症的发生发展具有关键作用的药物靶点。本课题组首先报道的具有β-分泌酶（BACE1）抑制活性的芦荟色原酮类化合物系非竞争性抑制剂，与现有的绝大多数被深入研究及进入临床试验的竞争性抑制剂的作用方式不同。本课题以该类化合物及其结构类似物为研究对象，应用饱和转移差谱(STD)-NMR和X-射线晶体学等结构分析技术，研究小分子与BACE蛋白的作用，并在此基础上进行合理药物设计和结构优化，以促进与现有抑制剂具有不同作用特点乃至疗效的AD治疗药物的研发。

Beta-分泌酶（BACE1）被认为是对抗老年痴呆（AD），且比现有改善症状的临床治疗药物的靶点（AchE和NMDA）更有优势。本项目立题依据是应用饱和转移差谱(STD)-NMR以及X-射线晶体学等结构分析技术，研究小分子与BACE蛋白的作用，并在此基础上进行合理药物设计和结构优化，以促进与现有抑制剂（非竞争性抑制剂）具有不同作用特点、从而对BACE1具有更好的选择性调控作用乃至疗效更好的AD治疗药物的研发。.在项目执行期间，首先对色原酮AV-4-1进行结构修饰，但未能显著提高对BACE1的抑制作用。此后通过STD-NMR技术对BACE抑制剂与BACE1作用的结构研究发现，木犀草素与对羟基肉桂酸可同时与BACE1作用，提示我们采用基于片段的药物设计策略，将二者以适当方式连接以获得更好的作用。经过对木犀草素与对羟基肉桂酸的不同连接桥的探索，获得偶联物S2-14为代表的BACE1酶抑制剂，并进一步证实了其与BACE1蛋白的作用和非竞争性抑制机理、在细胞水平对Abeta蛋白生成的下调，考察了对BACE基因的调控作用、细胞毒性、酶选择性等指标，还进行了以动物脑中分布为主的初步药动学（PK）研究。在此基础上，进而设计和优化对羟基肉桂酸和木犀草素片段的结构和片段的连接位置，以获得在多个模型上增效、毒性可控、PK符合CNS药物要求的新型BACE1非竞争性抑制剂。