选择性酸敏感离子通道(ASIC)抑制剂的发现及初步药物化学研究

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目的:酸敏感离子通道(Acid-sensing ion channels,ASICs)是一类能够与胞外质子结合从而开放的阳离子通道,属于上皮钠离子/退化蛋白(Epithelial sodium channel/degenerin,ENa C/DEC)超家族。ASIC蛋白是同源或异源亚基组成的三聚体,目前共有6种ASIC蛋白亚基被发现,分别是:ASIC1a,ASIC1b,ASIC2a,ASIC2b,ASIC3,ASIC4。ASIC蛋白的功能也决定了它能够感受胞外p H变化,在疼痛,缺血性中风,帕金森症等多种生理病理过程中发挥着重要作用。在对其功能研究过程中,相应的抑制剂必不可少,同时ASIC蛋白作为潜在的药物靶点,对其抑制剂的研究也能为相关药物开发提供帮助。目前已经有多种针对ASIC蛋白的小分子和大分子抑制剂被报道,这些抑制剂对ASIC蛋白的生理功能研究起到了巨大推动作用。但已知的ASIC蛋白抑制剂还存在一些不足,主要是小分子抑制剂对ASIC蛋白亚型选择性较差,化学结构单一,而大分子抑制剂获取困难。我们针对这些不足开展了新型ASIC蛋白抑制剂的研究,一方面通过计算机虚拟筛选(virtual screen)从天然产物库中筛选新型的ASIC蛋白小分子抑制剂,并应用电生理技术对其活性,构效关系(Structure-Activity Relationship,SAR)进行了研究。另一方面针对大分子抑制剂,我们尝试将已报道的多肽类抑制剂切断成便于人工合成的短肽,并对其活性进行了测定。方法:针对小分子抑制剂的发现,我们利用计算机虚拟筛选技术,选取酸敏感离子通道蛋白的“质子口袋”为结合位点,对天然产物库进行虚拟筛选,并选取在虚拟筛选中获得分数较高的若干个化合物进行后续研究。随后我们在中国仓鼠卵巢细胞(Chinese Hamster Ovary,CHO)上表达ASIC蛋白,使用膜片钳技术,测定选取的化合物对ASIC蛋白的抑制活性。并对具有ASIC3蛋白亚型抑制活性的化合物表没食子儿茶素没食子酸酯((-)-Epigallocatechin gallate,EGCG),进行了后续的选择性,初步构效关系等研究。针对大分子抑制剂的开发,我们选取选择性抑制ASIC1a蛋白的多肽Pc Tx1作为起点,设计将Pc Tx1肽链切断而获得三段各包含一个二硫键的短肽,并用人工合成的方法将其合成。随后在表达有ASIC1a蛋白的CHO细胞上进行了活性测试。结果:在进行小分子抑制剂的研究中,EGCG对ASIC3蛋白表现出很好抑制活性,IC50为13.2±6.9μM。而在针对各个ASIC蛋白亚型的选择性研究中,EGCG对ASIC3蛋白表现出较高的选择性。在对EGCG及其衍生物的初步构效关系研究中我们发现:1)邻苯三酚基团的手性对于保持抑制活性很重要。2)邻苯三酚基团上的3位羟基对抑制活性有重要影响。3)缺少没食子酸基团将会导致活性丧失。而对于根据切断设计得到的天然多肽类抑制剂,设计合成获得到三个短肽的活性测试结果表明在浓度为20μM条件下,JAP-1能够将p H 5.0时诱发的ASIC1a酸电流抑制到64.0±6.0%。虽然其抑制活性较Pc Tx1有很大降低,但其IC50依然为10μM数量级。但是相较于Pc Tx1只能从蛇毒中提取,且含量低于1%,人工合成大大降低了短肽的获取难度,结合其IC50尚在可接受范围内,这一发现给我们的后续研究增加了信心和动力。结论:我们通过计算机虚拟筛选结合电生理检测发现EGCG是一个选择性很好,活性较强的ASIC3蛋白小分子抑制剂,随后进行的初步构效关系研究也为我们后续的药物化学改造提供了指导。我们根据切断Pc Tx1的设计思路,得到了一个IC50在10μM数量级的短肽,因为可以通过人工合成制备得到,其获取难度较天然多肽类抑制剂大大降低。该发现为我们继续寻找多肽类或是拟肽类抑制剂指明了方向。
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