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基本信息
- 項目名稱：
- 抗糖尿病PDE9A抑制劑的發(fā)現(xiàn)研究
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡介：
- 糖尿病防治是人類面臨的一個重大健康課題，尋找新型抗糖尿病藥物非常重要。PDE9A抑制劑被證實具有降低血糖的作用。但目前的PDE9A抑制劑存在選擇性較低的問題，還沒有此類化合物被批準(zhǔn)進入臨床研究。為解決這一問題，本文采用計算機輔助藥物分子設(shè)計技術(shù)，基于靶標(biāo)蛋白酶PDE9A的三維晶體結(jié)構(gòu)進行合理化的藥物分子設(shè)計，并通過有機化合合成和生物活性測定，以期發(fā)現(xiàn)具有更高活性更高選擇性的PDE9A抑制劑。
- 詳細(xì)介紹：
- 糖尿病防治是人類面臨的一個重大健康課題，傳統(tǒng)的磺酰脲類以及雙胍類口服降糖藥的療效有限，并且易導(dǎo)致胰島素耐受，因此尋找新型抗糖尿病藥物就顯得非常重要。磷酸二酯酶9A（PDE9A）于1998年被確證為抗糖尿病的新靶點，該酶的抑制劑被證實具有降低血糖的作用，并且可以降低胰島素耐受的發(fā)生。迄今為止，有近20個研究PDE9A抑制劑用于治療糖尿病和阿爾采默氏癥等疾病潛在用途的報道，其中抑制活性及選擇性較好是拜耳公司的專利化合物BAY73-6691。但目前的PDE9A抑制劑存在選擇性較低的問題，還沒有此類化合物被批準(zhǔn)進入臨床研究。為解決這一問題，本文采用計算機輔助藥物分子設(shè)計技術(shù)，基于靶標(biāo)蛋白酶PDE9A的三維晶體結(jié)構(gòu)進行合理化的藥物分子設(shè)計，并通過有機合成和生物活性測定，以期發(fā)現(xiàn)具有更高活性更高選擇性的PDE9A抑制劑。 最終，本文得到了全新的化合物L(fēng)W15，并對其進行了有機合成。利用拜耳公司專利化合物BAY73-6691驗證本實驗的活性測試體系，確證了活性測試體系的可靠性。之后對于LW15的生物活性測試表明，該化合物相對于BAY73-6691，有著更高的活性。并且通過對于PDE4D進行選擇性測試，發(fā)現(xiàn)該化合物具有良好的選擇性。無論從自身活性還是選擇性來看，LW15都是一個非常優(yōu)異的分子，是PDE9A抑制劑的先導(dǎo)化合物。通過對分子動力學(xué)模擬的軌跡進行采樣，選取后0.1ns的平均構(gòu)象，來分析化合物L(fēng)W15與靶標(biāo)蛋白酶PDE9A的結(jié)合模式，明確了PDE9A活性口袋中對于受體和配體的特異性結(jié)合起著關(guān)鍵作用的熱點氨基酸殘基，這對以后設(shè)計此類靶標(biāo)的抑制劑起到了明確的指導(dǎo)作用。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：PDE9A抑制劑近期被確證具有抗糖尿病的作用。但由于研究時間較短，抑制劑存在著各種問題，目前還沒有此類藥物進入臨床應(yīng)用。本文利用計算機輔助藥物設(shè)計的方法對該靶標(biāo)進行研究，以期獲得性質(zhì)更優(yōu)的新型抑制劑。 思路：1）采用多種計算機輔助藥物分子設(shè)計技術(shù)，合理化設(shè)計一批小分子抑制劑；2）有機合成，得到小分子實體化合物；3）構(gòu)建靶PDE9A的純化體系及其抑制劑活性測試體系，用于新抑制劑的活性評價。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 科學(xué)：本文采用基于靶標(biāo)蛋白結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計技術(shù)，由于其快速有效的特點，被廣泛用于改進抑制劑對靶蛋白的親和力和選擇性。 先進：PDE9A被確證為治療糖尿病的新靶標(biāo)，但其抑制劑由于低選擇性至今未進入臨床。本文設(shè)計出活性和選擇性更高的PDE9A抑制劑，為PDE9A特異性抑制劑的設(shè)計提供理論依據(jù)。 獨特：本作品所設(shè)計合成的化合物為全新化合物，數(shù)據(jù)庫篩選得到的化合物首次被發(fā)現(xiàn)與PDE9A有著良好作用力。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 相對于拜耳公司專利化合物BAY73-6691，本實驗所設(shè)計的分子（LW15）和靶標(biāo)蛋白PDE9A具有更強的結(jié)合力，并且選擇性測試表明其對于PDE9A有著良好的選擇性，是潛在的抗糖尿病PDE9A抑制劑。本文的研究結(jié)果，為研究和設(shè)計新PDE9A抑制劑，提供了理論依據(jù)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 目的: 糖尿病防治是人類面臨的一個重大健康課題， PDE9A抑制劑被證實具有抗2型糖尿病作用。但其現(xiàn)有抑制劑的選擇達(dá)不到要求，還沒有此類化合物進入臨床。本文采用計算機輔助藥物分子設(shè)計技術(shù)，基于靶標(biāo)PDE9A三維晶體結(jié)構(gòu)進行合理化的藥物設(shè)計，提高抑制劑分子的活性及選擇性。方法：1）采用多種計算機輔助藥物分子設(shè)計技術(shù)，合理化設(shè)計一批小分子抑制劑；2）構(gòu)建PDE9A的純化體系及其抑制劑活性測試體系，用于新抑制劑的活性評價。結(jié)果：1)通過陽性對照化合物的活性測定，驗證了活性測試體系的可靠性。2)通過藥物設(shè)計以及有機合成，得到了一系列化合物，其中LW15為最具代表性?；钚詼y試結(jié)果表明，它對于PDE9A的抑制活性IC50為20 nM，明顯優(yōu)于專利化合物BAY73-6691的88 nM。該化合物對于PDE4D的IC50為3.4 μM，表明了它對于PDE9A有著較好的選擇性。結(jié)論：相對于專利化合物BAY73-6691，本實驗設(shè)計的分子對于靶標(biāo)蛋白PDE9A具有更強的抑制活性和更高的選擇性，是抗糖尿病PDE9A抑制劑的先導(dǎo)化合物。本文的研究結(jié)果，為研究和設(shè)計新的PDE9A選擇性抑制劑, 提供了理論依據(jù)。
獲獎情況
- 2010年12月，挑戰(zhàn)杯中山大學(xué)校賽一等獎，最佳表現(xiàn)獎。 2011年04月，挑戰(zhàn)杯廣東省省賽二等獎。
鑒定結(jié)果
- 結(jié)果真實可靠
參考文獻(xiàn)
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同類課題研究水平概述
- 1998年，靶標(biāo)磷酸二酯酶PDE9A被Fisher等人發(fā)現(xiàn)。2003年，輝瑞公司（Pfizer）通過對小鼠進行基因敲除研究證實了PDE9A抑制劑可以起到治療糖尿病的作用，并報到了第1個PDE9A抑制劑的先導(dǎo)化合物。但是這些化合物的選擇性較差。隨后，2005年拜耳公司（Bayer）報道了第1個PDE9A選擇性抑制劑BAY73-6691。迄今為止，有近20個研究PDE9A抑制劑用于治療糖尿病和阿爾采默氏癥等疾病潛在用途的報道，但是還沒有一個藥物進入臨床試驗。在這些抑制劑中，抑制活性及選擇性較好是BAY73-6691，對PDE9A的IC50為0.088 mM，對PDE1C和PDE11A的IC50分別為1.4 mM和2.6 mM，對其他PDE的IC50均大于4.0 mM，目前正處于臨床前研究階段。 另外，國內(nèi)對于PDE9A的研究較少，針對該靶點設(shè)計出的全新化合物寥寥無幾，本課題在一定程度上彌補了該空白。
