专利名称：具有不同P³位结构的肼腈类组织蛋白酶抑制剂及应用的制作方法
技术领域：
本发明属于组织蛋白酶(Cathepsins)抑制剂的设计及合成领域，具体涉及针对四种组织蛋白酶(K、B、L和S)的具有不同P3位结构的新型、高效肼腈类抑制剂。
背景技术：
组织蛋白酶(Cath印sins，Cats)是半胱氨酸蛋白酶家族的主要成员，目前在人体中已被发现的有11种。它们是一类主要存在于溶酶体中的胞内蛋白酶，在中性溶液中不稳定并且活性较低，只有在弱酸性环境中才易被活化和发挥其生理功能[1]。溶酶体中的Cats通过水解切除某些酶原或激素原的前体肽而生成其活性形式，或通过激活其它的蛋白水解酶系统而使其发挥作用。除了具备降解蛋白质的主要功能外，Cats还被认为与人体肿瘤、骨质疏松症、骨关节炎等多种重要疾病密切相关，是近年来备受关注的一类药物靶标蛋白酶[2’3]。此外，近期的研究还表明，埃博拉病毒和SARS的传播也直接与组织蛋白酶相关[4’5]。 由Cats表达异常所引起的疾病很常见，目前已经发现Cat K与多种病理现象(如类风湿性关节炎，骨关节炎及骨质疏松症，骨肿瘤的浸润和转移)都直接相关，而且它与骨质疏松症的关系被研究得最多、最深入。目前已有研究表明血清中Cat K浓度水平与骨密度有很强的相关性，可以用作预测骨折风险的标志M ;Cat B是第一个被发现与乳腺癌相关的溶酶体蛋白酶，除此之外它还被报导与多种人体肿瘤的发生、发展关系密切目前已在人类和动物的多种肿瘤(如胃癌、膀胱癌、结肠癌、神经胶质瘤、黑色素瘤等冲都发现Cat B高水平表达或活性升高。而且，还有研究认为Cat B活性、浓度增高是移行性细胞癌变病人体内肿瘤侵袭、转移以及预后较差的一个危险因子；Cat S在退行性疾病和自身免疫性疾病的发病过程中都具有重要的作用它参与主要组织相容性复合体II类分子调节的抗原提呈作用，其过量表达与肿瘤的生长、血管的生成和转移密切相关；Cat L可以通过催化降解基质膜，促进肿瘤的侵袭、转移，已经在肾癌、睾丸癌、肺非小细胞癌、乳腺癌、卵巢癌、结肠癌、膀胱癌和甲状腺癌等多种癌症中发现Cat L高表达。所以，对Cats抑制剂的研究成为目前药物研发的一个热点，国内外众多研究机构和制药公司、特别是那些主要以蛋白酶和多聚酶为靶点来开发新药的制药公司都已投入了大量的资金用于Cats小分子抑制剂的研究和开发[7_1(1]，表明Cats的抑制剂在药物应用领域具有广阔的前景。针对其作用特点，寻找具有良好的抑制效应、选择性、稳定性、可逆性以及肌体吸收度等特性的组织蛋白酶抑制剂将对相关疾病的治疗有着极为重要的意义。由于Cats在序列上具有高度保守性，它们在空间结构上也都由两个几乎同样大小的结构域一L (Left)域和R (Right)域组成，中间是一个“V”形的活性位点沟槽，L结构域中的Cys25和R结构域中的Hisl59、Asnl75等活性残基均暴露其中。在弱酸性环境中，Hisl59残基中的咪唑基能使Cys25残基中的巯基极化而失去质子，形成Cys25-S_/Hisl59-ImH+离子对；而Asnl75则通过与Hisl59形成氢键使Hisl59残基中的咪唑基同Cys25残基中的巯基保持合适的构象，使该离子对更加稳定。由于Cys25-S_负离子具有很强的亲核能力，能进攻其底物肽中的羰基碳，同时通过脱酰基作用使得含羰基的基团离去，从而发挥其蛋白水解作用[1]。目前，有关Cats抑制剂的设计，基本都是根据酶催化所必需的该活性位点及底物结合域中氨基酸N-末端和C-末端的作用关系。从结合类型上看，组织蛋白酶的合成类小分子抑制剂可分为可逆型和非可逆型。可逆型主要包括脂肪族类、环酮类、醛类和腈类；非可逆型主要有环氧琥珀酸衍生物、
内酰胺、乙烯基砜和酰肼类等[2]。其中腈类小分子抑制剂不但具有良好的可逆性、选择性和抑制活性，而且具有很好稳定性，相对于上述几类抑制剂具有更强的药物开发潜力，从而备受关注。这些抑制剂对酶活性抑制的作用机制都是利用抑制剂小分子的进攻基团直接与酶分子中Cys25位的巯基形成共价健，并依靠其它位点所形成的多个氢键和疏水相互作用进一步稳固它们之间的这种结合，从而使酶失去活性。最近，在上述研究基础之上，又发现的一类新型、高效Cats抑制剂一肼腈类抑制齐U。通过将P1位上的氨基乙腈基团改为肼腈基团，使它对Cat K的抑制常数由原来的微摩尔浓度级(PM)降低到纳摩尔浓度(nM)、甚至皮摩尔浓度级(pM)[11]。肼腈基团在P1位的 引入虽然使抑制剂对Cats的抑制效应有大幅度的提高，但由于它们与酶分子间极强的结合力致使其对不同Cats的抑制选择性很差。因此，提高这类抑制剂对不同种组织蛋白酶、尤其是Cat K的选择性成为近期该领域的首要研究目标。鉴于Cats对正常生理过程的作用十分复杂性，对它的广谱抑制势必会导致临床实验难以预料的副作用。因此，如何设计、合成具有高选择性、高稳定性的Cats抑制剂一直是该领域所面临的一个巨大的挑战。通过改变进攻基团以外的其它各基团的结构和大小来调整抑制剂分子与酶的活性位点所处的空腔大小相匹配，是提高抑制剂对酶选择性的常用策略。因此，我们将以提高Cat K的选择性为研究目标，以改变P3基团的大小、亲疏水以及推拉电子效应来设计合成高选择性抑制剂。

发明内容
本发明的目的是提供一系列具有不同P3位结构的新型高效肼腈类蛋白酶抑制剂。本发明所述的肼腈类蛋白酶抑制剂的结构式如下所示
权利要求
1.具有不同P3位结构的肼腈类组织蛋白酶抑制剂，其结构式如下所示
2.如权利要求I所述的具有不同P3位结构的肼腈类组织蛋白酶抑制剂，其特征在于烷基是具有1-4个碳原子的直链或异构烷基。
3.如权利要求2所述的具有不同P3位结构的肼腈类组织蛋白酶抑制剂，其特征在于烧基是甲基、こ基、正丙基、异丙基、丁基或异丁基。
4.如权利要求I所述的具有不同P3位结构的肼腈类组织蛋白酶抑制剤，其特征在于芳基是苯、噻吩或吡啶。
5.如权利要求I所述的具有不同P3位结构的肼腈类组织蛋白酶抑制剤，其特征在于环烷基是环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己基、吗啉或哌嗪。
6.权利要求f5任一项所述的具有不同P3位结构的肼腈类组织蛋白酶抑制剂在抑制组织蛋白酶方面的应用。
7.如权利要求6所述的具有不同P3位结构的肼腈类组织蛋白酶抑制剂在抑制组织蛋白酶方面的应用，其特征在于组织蛋白酶是组织蛋白酶K、组织蛋白酶L、组织蛋白酶B或组织蛋白酶S。
全文摘要
本发明属于组织蛋白酶(Cathepsins)抑制剂的设计及合成领域，具体涉及针对四种组织蛋白酶(K、B、L和S)的具有不同P3位结构的新型、高效肼腈类抑制剂。本发明中所述的肼腈类抑制剂的主体结构如下式所示，其中R1为异丁基，R2为烷基，芳基，环烷基等。本发明设计、合成的拟肽肼腈类抑制剂具有结构相对简单、易于合成的优点；并且母体结构的设计和合成极大地方便了后续终产物的合成。所合成的化合物均能高效地抑制Cat K、B、S、L的活性，对Cat K、L的抑制常数在皮摩尔浓度(10-12M)级；对Cat B、S的抑制作用稍弱，抑制常数在纳摩尔浓度(10-9M)级。
文档编号A61K31/4409GK102731344SQ201210179098
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者任兴凤, 吴玉清, 李洪伟 申请人:吉林大学