【Discovery Studio应用实例】新型咪唑[1,2-a]吡啶衍生物选择性COX-2抑制剂的设计、合成及生物学评价

摘要：

设计并合成了3个新的含甲基磺酰咪唑[1,2-a]吡啶8a-d、9a-d和10a-d系列化合物。利用光谱和元素分析对这些新化合物的化学结构进行了表征。合成的衍生物除了具有体内抗炎活性外，还具有抑制COX-1和COX-2同工酶的能力。吡唑啉衍生物9a对COX-2同位酶的选择性指数最高(SI=39)，比塞来昔布(SI=13.76)高出近3倍，具有良好的体内抗炎活性(%水肿抑制=11.16-32.64)。化合物10c对COX-2同位酶的抑制活性最高(IC50=1.06μM)，其抗炎活性最强(%水肿抑制=15.04~42.35),ED50值为69.46μmol/Kg,约为塞来昔布(ED50=104.88μmol/Kg)的1.5倍。此外，对最有效的抗炎化合物9a、9d、10c和10d进行了溃疡发生倾向和组织病理学检查。化合物9d和10c表现出溃烂倾向(%溃烂面积分别=0.07和0.01)，组织病理学变化接近塞来昔布。最后，对制备的化合物进行了分子对接和理化参数的计算预测，以支持生物学结果。 

 

引言：

炎症是机体保护自身免受病原体、受损细胞或刺激物等有害刺激的一般反应。然而，在某些情况下，夸张的炎症反应发生在没有任何入侵者的情况下，甚至在病因被消除后仍在继续。这会损害身体，因为免疫系统会攻击身体自身的细胞或组织，导致炎症性疾病，如类风湿关节炎、哮喘、风湿热，并导致大约15%至25%的人类癌症。

 

基本上，许多选择性COX-2抑制剂具有共同的结构特征。它们有二芳基取代基附着在中心杂环核心环上，如塞来昔布中的吡唑，伐替昔布中的异恶唑，罗非昔布中的呋喃酮，或无环中心体系，如烯烷a，β-不饱和酮部分在查尔酮II[14]中，其中一个芳基被甲基磺酰基(SO2CH3)或磺胺酰基(SO2NH2)取代(图1)。甲基磺酰基是更亲脂的基团。与乙酸或丙酸基团相比，具有较低的酸性，并且由于促进了分子与COX-2酶侧袋的相互作用，在抑制选择性COX-2酶方面起着至关重要的作用。此外，Huiying等人报道了选择性COX-2抑制剂的合成，其肟部分具有与普通药物相当的抗炎潜力……为化合物ⅢII[19](图1)。基本上，许多选择性COX-2抑制剂具有共同的结构特征。它们有二芳基取代基附着在中心杂环核心环上，如塞来昔布中的吡唑，伐替昔布中的异恶唑，罗非昔布中的呋喃酮，或无环中心体系，如查尔酮II[14]中的烯基a, b -不饱和酮部分，其中一个芳基被甲基磺酰基(SO2CH3)或磺胺酰基(SO2NH2)取代(图1)。甲基磺酰基是更亲脂的基团。与乙酸或丙酸基团相比，具有较低的酸性，并且由于促进了分子与COX-2酶侧袋的相互作用，在抑制选择性COX-2酶方面起着至关重要的作用。此外，Huiying等人报道合成了选择性COX-2抑制剂，其肟部分具有与常用药物相当的抗炎潜力，如化合物III[19](图1)。

 

根据前面提到的数据，我们将选择性COX-2抑制剂的共同结构中的一个芳基替换为苯基环对位上具有甲基磺酰基的杂芳基2-苯基咪唑[1,2-a]吡啶支架，中心核心保留为吡唑环(9a-d)或替换为查尔酮片段(8a-d)或肟片段(10a-d)(图2)。

分子对接：

对接分析使用Discovery Studio软件(Accelrys Inc.,San Diego,CA,USA)和使用CDOCKER协议的全自动对接工具进行。所用COX-2同工酶(PDB ID:1CX2)的晶体结构从蛋白质数据库中检索，并对其进行清洗，添加氢原子，去除水分子。采用CHARMm力场自动蛋白制备模块。在COX-2蛋白结构的共结晶配体(SC-558)周围鉴定了活性位点。所有新合成的化合物都是用“准备配体”的方法在Discovery Studio中勾画和制备的。在Discovery Studio中使用CDOCKER协议进行对接，保持参数为默认值。每个化合物将保留10个姿势，并识别出停靠化合物的最佳得分姿势。受体-配体的相互作用以二维和三维的方式进行了检测。

 

结果与讨论：

在本研究中，通过方案1和方案2中概述的路线合成了含有查尔酮、吡唑或肟基团的新型含2苯基咪唑[1,2-a]吡啶基甲基磺酰衍生物。

 

 

在对照组中，样品表现出正常的胃壁组织学特征，组织良好，腺体成分完整，粘膜下层完整，炎症细胞浸润很少，血管完整，外肌被完整(图3(A-I, A-II和A-III))。用吲哚美辛治疗的阳性对照组粘膜溃疡灶广泛，几乎完整的粘膜区附近腺体组织有大量坏死组织抑制。观察到严重的粘膜下水肿和严重的炎症细胞浸润记录，并伴有许多充血和扩张的粘膜/粘膜下血管(图3(B-I, B-II和B-III)。塞来昔布组腺体成分和内膜上皮基本完整，未见异常粘膜糜烂。轻度粘膜下水肿，轻度炎性细胞浸润(图3(C-I、C-II、C-III))。

 

化合物9a显示轻度持续的粘膜糜烂和溃疡灶区。此外，炎症细胞浸润持续存在，血管充血，粘膜下水肿较轻(图4(9a-I, 9a-II和9a-III))。化合物9d显示胃壁几乎完整，组织形态特征正常，包括粘膜和腺体结构，粘膜下层完整，与正常对照样品相似(图4(9d-i,9d-ii和9d-iii))。活性最强的化合物10c表现出与塞来昔布相近的胃组织病理学变化，其胃粘膜和胃壁形态特征几乎完整，偶有少量粘膜下血管充血和轻度炎症细胞浸润(图5(10cI,10c-ii和10c-iii))。最后，化合物10d表现出与吲哚美辛相近的组织病理学变化(图5(10d- i,10d-ii和10d-iii))。

 

天然配体SC-558能够正确停靠到酶结合位点，形成5个h键相互作用，结合亲和力为18.45kcal/mol(图6)。

 

有趣的是，与SC-558相比，化合物9a、10c和10d主要与靶酶具有较强的结合，其对接评分范围为−18.69~−19.86kcal/mol。No值得注意的是，与SC-558相比，化合物9a和10c与COX-2活性位点的最佳对接分数和有趣的相互作用结合模式解释了它们显著的体外酶抑制活性(图7-9)。

结论：

在这项工作中，我们设计和合成了三个新的咪唑[1,2-a]吡啶衍生物系列(8a-d, 9a-d和10a-d)作为选择性COX-2抑制剂。新目标化合物的设计是基于在选择性COX-2抑制剂的共同结构中用苯基环对位上具有甲基磺酰基的2-苯基咪唑[1,2alpyridine]支架取代芳基。对所制化合物进行体外COX-1和COX-2抑制活性测定。活性最高的COX-2抑制剂为衍生物9a和10c, ic50值分别为1.31和1.06μM。进一步评价了合成的化合物的体内抗炎活性。化合物9a、9d和10d具有良好的体内抗炎活性，化合物10c(%水肿抑制=15.04-42.35)的活性高于参比药塞来昔布(%-水肿=15.04-42.35)hibition=5.33- -35.29)。对体内最有效的抗炎化合物9a、9d、-10和10d进行了致溃疡性测试，其中衍生物9d和10c显示出与塞来昔布相当的低溃疡面积百分比。对接研究表明，7个化合物8b、9a、d、9c、10a、10c、10b和10d与COX-2酶结合活性位点的契合度较好，能量评分范围为-17.63~-19.86kcal/mol，与塞来昔布(-18.45kcal/mol)相当。最后，计算所得化合物的理化参数支持其良好的口服生物利用度。补充数据补充数据包括所有光谱数据以及所有最终化合物的IR、Mass、元素分析、NMR和13C NMR光谱的副本。

 

文章详情：https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2021.131652 

 

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