自身免疫性疾病是指机体对自身抗体发生免疫反应而导致组织损害所引起的疾病。目前全球有5～8%的人群患有自身免疫性疾病,这些疾病里包括自身免疫性甲状腺病和类风湿性关节炎等较为常见的疾病。自身免疫性疾病的患者机体往往表现出较强的炎症反应,伴有器官的功能紊乱。这些症状持续时间长,难以自愈,一些疾病的患者需要终生服药,为患者和社会带来巨大的负担。目前临床上治疗自身免疫性疾病的手段有限。药物治疗中,小分子药物主要以JAK抑制剂为主。但是,JAK抑制剂由于选择性差,易导致副作用,美国FDA已警告JAK抑制剂潜在的恶性肿瘤、心脏病和感染等风险。因此新一代治疗自身免疫性疾病的药物还有待开发。模式识别受体是天然免疫过程中一类识别、传递信号分子并诱导炎症反应的蛋白,在多种自身免疫性疾病中发挥重要的作用。其中,NLRP3作为NOD家族的模式识别受体,可以识别ATP、尿酸结晶等多种危险信号、组装和激活NLRP3炎症小体、诱导一系列炎症反应。研究表明,NLRP3与多种自身免疫性疾病直接相关。c GAS是胞质中识别ds DNA的另一个模式识别受体,可以激活c GAS-STING通路并诱导多种细胞因子的产生,也被证明与多种自身免疫性疾病相关。这些模式识别受体与JAK家族激酶相比,蛋白结构更具有特异性,只对特定危险信号产生响应,因此,抑制剂与JAK抑制剂相比具有更好的选择性。由于模式识别受体与自身免疫性疾病的的深刻联系,通过新结构、新技术、新方法研发靶向模式识别受体的小分子抑制剂,有望解决自身免疫性疾病治疗所面临的困境。在该背景下,本论文选择模式识别受体NLRP3和c GAS作为治疗自身免疫性疾病的潜在靶点,设计和合成了一系列靶向这些模式识别受体的荧光探针、PROTAC及AUTAC小分子,并对其生物学功能和活性进行评价。与此同时,在药物合成过程中,我们开发新的有机合成方法,有望用于新型NLRP3小分子抑制剂的合成,并增加药物分子的有机化学修饰方法的多样性。第一部分:靶向NLRP3抑制剂的设计、合成和活性研究NLRP3作为NLRP3炎症小体的重要组成部分,其抑制剂已被广泛研究。其中化合物MCC950由于其高选择性、高活性以及优秀的药代动力学性质曾进入临床实验研究,随后由于其潜在的肝毒性导致临床实验被中止。目前有两个MCC950的衍生物处于临床实验阶段。因此,MCC950的二芳基磺酰脲结构被认为是NLRP3抑制剂的优势骨架,基于该骨架的药化结构优化有望获得高活性和选择性的新型NLRP3抑制剂。基于MCC950与NLRP3的共晶结构,结合之前已报道的MCC950的构效关系,我们设计与合成一系列不同芳基取代的二芳基磺酰脲类化合物。其中,苯并噁二唑化合物3-5a保持了对NLRP3的抑制活性,在THP-M细胞中对LPS/Nigeriein诱导的IL-β释放的IC50值达到149 n M。随后,我们对化合物3-5a进行结构优化,通过生物电子等排和侧链修饰策略获得苯并噻二唑类化合物3-13a。化合物3-13a在THP-1细胞中对NLRP3活性抑制的IC50值达到49 n M。药理实验表明,化合物3-13a特异性抑制细胞中经典和非经典通路下NLRP3的激活,有效抑制IL-1β和Caspase 1的产生,并且对AIM2炎症小体的激活无影响。在DSS诱导的结肠炎小鼠模型中,化合物3-13a的治疗可以有效缓解由于炎症反应导致的小鼠体重降低和结肠缩短。考虑到苯并杂二唑结构常被用于荧光探针研究,我们随后测试了该系列化合物的荧光性质。结果表明,高抑制活性化合物3-13a具有较好荧光性质,细胞共聚焦实验证明3-13a可作为荧光探针进行NLRP3蛋白的成像。细胞共定位实验表明,化合物3-13a细胞成像的特异性较好,可作为NLRP3生物功能研究的有效工具。第二部分:靶向模式识别受体的抗炎PROTAC分子的设计、合成与活性研究蛋白靶向降解技术PROTAC利用细胞内泛素-蛋白酶体体系降解胞内目标蛋白。该技术主要将靶蛋白配体与E3连接酶配体连接形成双功能分子,进而与靶蛋白和E3连接酶相互作用形成三元复合物,诱导靶蛋白泛素化,最终被蛋白酶体降解。因此,通过研发靶向天然免疫系统关键蛋白的PROTAC,降解天然免疫中过度激活的蛋白,有望开辟自身免疫性疾病治疗的新途径。首先,我们设计与合成了一系列靶向NLRP3的PROTAC化合物。这些化合物包含多种不同链长的连接链、配体和连接链之间的接头片段和新报道的E3连接酶配体。THP1细胞中的NLRP3抑制实验表明,一部分化合物（如4-53a和4-53d）在10μM浓度下表现出较好的NLRP3抑制活性。初步的Westren Blot实验结果表明,化合物4-18b、4-24a和4-13j在THP1细胞中具有潜在的NLRP3降解能力。同时,我们也设计并合成一系列靶向c GAS的PROTAC化合物,主要基于c GAS抑制剂G140和化合物1-63,在不影响活性的位点,通过多样化的linker连接E3泛素连接酶配体。THP1细胞中c GAS活性评价结果表明,大部分化合物的c GAS抑制活性大幅下降。进一步Western Blot实验也表明该类化合物无明显的c GAS蛋白降解活性,靶向c GAS的PROTAC分子仍待进一步开发。第三部分:基于芳基鋶盐C-S键断裂的合成方法在药物活性分子修饰中的研究和应用在活性化合物中引入碳-杂原子键是药物化学家常用的结构优化策略。但是对于官能团复杂的底物,一些条件剧烈、官能团容忍度差的合成方法难以适用。本课题的药化修饰过程中也多次遇到这种情况,因此开发新的碳-杂原子键的合成方法,将增加药物结构优化过程中反应方法的多样性。芳基鋶盐是一类高活性的反应底物,由于其碳-硫键的不均一性,导致芳基碳-硫键更容易断裂,容易产生多种反应的驱动力。与很多不稳定的活性中间体不同,芳基鋶盐的制备简单,稳定性好,是优秀的惰性C-S键活化形式,具有进一步功能转化的潜力。但是,以芳基鋶盐为底物,构建多种碳-杂原子键来实现对底物修饰的合成方法很少有报道。基于以上背景,我们根据课题组前期工作,开发了一种基于芳基鋶盐碳-硫键断裂合成多种碳-杂原子键的合成方法。我们将惰性的碳-硫键预活化得到鋶盐,再与羟基、硫醇、硒醇、锡试剂、硅试剂等亲核性底物发生反应,构建多种碳-杂原子键。该反应无需过渡金属参与,条件温和,底物适用性广。多种天然产物和药物分子也对该方法适用。应用性研究表明,该合成方法具有较好的化学选择性,可在大量制备过程中使用,得到的有机锡化物还可以进一步衍生化。机理实验证明,该方法主要通过SNAr途径反应,由碳-硫键的断裂产生反应驱动力,最终以高产率得到相应的产物。综上所述,针对自身免疫性疾病治疗所面临的缺乏新靶点、新抑制剂的现状,我们设计并合成一系列靶向模式识别受体NLRP3和c GAS的小分子抑制剂,对获得的化合物进行生物活性研究。我们获得了新型苯并杂二唑类NLRP3荧光抑制剂和具有潜在降解活性的NLRP3的PROTAC分子,并为靶向c GAS的PROTAC的研发提供参考。同时,我们在药化修饰的过程中开发了以芳基鋶盐为底物的碳-杂原子键合成方法,为药物结构修饰的合成方法增加多样性。