【药化】中山大学罗海彬教授团队在抗肺动脉高压新靶点和创新药物方面获得新进展

来源：X一MOL资讯

肺动脉高压（PAH）是一类极度严重的恶性肺血管病，以肺血管阻力病理性升高和不可逆血管重构为特征，最终导致右心衰竭，死亡率极高。PAH患者由于心脏严重缺氧导致嘴唇、指甲都呈现蓝紫色，因而又叫蓝嘴唇病，由于其极高的致死率，也被称为心血管疾病中的癌症。据不完全统计，当前中国PAH患病人群超过500万。目前PAH靶向治疗药物主要分为三类：前列环素及其类似物、内皮素受体拮抗剂和磷酸二酯酶五型（PDE5）抑制剂。但目前由于前两类药物具有较为严重的副作用或治疗费用极其昂贵，而我国尚无自主知识产权的PAH药物上市，绝大部分患者缺乏治疗或面临沉重的经济负担，使得PAH治疗药物的研发成为新药研发领域的巨大挑战。PDE5抑制剂是新型PAH靶向治疗药物，已成为PAH市场中的重要品种之一，以西地那非（Sildenafil）和他达那非（Tadalafil）为代表的PDE5抑制剂因见效快且成本低而备受市场关注，但国内应用于PAH的适应症尚未获得批准。现有PDE5抑制剂普遍存在对其它PDE亚型选择性低的缺陷，患者使用西地那非等药物后，有头痛、视力障碍、肌肉疼痛和面部潮红等诸多的副作用。因此，选择性高且副作用少的PDE5抑制剂设计的研究是抗PAH物研发的新趋势之一。

图1. 先导结构5r与靶蛋白PDE5的共晶结构（A：5r，B：5r vs西地那非）；C: 2与靶蛋白PDE5的分子动力学模拟结果（20 ns）

1. 抗PAH创新药物的发现

近期，中山大学罗海彬教授团队在针对PDE5的结构生物学研究的基础上，设计并合成了一系列具有全新骨架结构的PDE5抑制剂（图1，先导结构5r），并通过进一步的活性筛选、亚型选择性评价获得高效价的优选化合物2（IC50为5.6 nM）。1经动物实验证实，化合物2能显著降低PAH模型动物的肺动脉压力，扩张其肺动脉腔(图2)，且具有较好的类药性质。与对照药物西地那非相比，该化合物具有骨架结构新颖、抑制活性相当、生物利用度更高、体内药效更佳等特点，此外兼具毒性低和代谢稳定等优点。这一成果近期作为封面文章发表于J. Med. Chem.（J. Med. Chem., 2017, 60, 6622）。该化合物已完成药性评价，与广州上市企业合作共同开展临床前评价工作。

图2. 优选化合物2的抗肺动脉高压体内药效

在优选化合物2的基础上，研究团队还采用基于靶标结构的药物设计策略，以指导化合物的进一步结构改造，最终获得更高效价的优选化合物3（IC50为0.32 nM）。经动物实验证实，该化合物可显著降低PAH模型动物的肺动脉压力，扩张其肺动脉腔（口服剂量仅为阳性药物西地那非的1/8），具有开发成抗PAH药物的良好前景。这一成果近期作为封面文章发表于J. Med. Chem.上(J. Med. Chem., 2018, 61, 8468)。

图3. 优选化合物3的抗肺动脉高压体内药效和类药性评价结果

2. 抗PAH新靶点的验证

磷酸二酯酶十型（PDE10）此前被认为是抗PAH的潜在靶点，但研究中采用的罂粟碱是PDE10非选择性抑制剂，对多个亚型表现出较好的抑制活性，其分别为PDE10 (IC50 = 40 nM)、PDE3 (IC50 = 287 nM)和PDE4 (IC50 = 1.6 μM)，因而无法排除其抗PAH药效是源于其他PDE的协同效果。因此，发现PDE10高选择性抑制剂以验证PDE10作为抗PAH新靶点具有十分重要的科学意义。

基于现有的研究背景，中山大学的罗海彬教授团队近期在抗PAH新靶点验证方面获得新进展，研究成果近期发表在J. Med. Chem. (J. Med. Chem., 2019, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.9b00224)。3在该研究中，他们首先利用近年来自主发展的一套基于分子动力学模拟的高效能虚拟筛选新方法以获得苗头化合物。4-5该筛选方法首先对化合物库进行药效团筛选与分子对接模拟，随后对剩余化合物与靶标复合物体系开展大规模分子动力学模拟（数百个）和结合自由能预测。相比传统的虚拟筛选方法，该方法对化合物与靶点的结合模式及结合强度预测更为精确，化合物的假阳性率降低，活性化合物命中率提高至近50%。4-5

图4. 项目组自主发展的一套基于分子动力学模拟的高效能虚拟筛选新方法

采用该方法后，研究团队从SPECS化合物库购买了其中23个化合物并开展了生物活性测试，结果显示13个化合物具有较好的PDE10抑制活性（活性化合物的命中率高达57%），8个抑制剂具有全新骨架结构。研究团队对筛选所得的苗头化合物AF-399/14387019（IC50 = 68 nM）开展了进一步的结构优化，通过合成12个新化合物后成功获得先导化合物2b（IC50 = 0.44 nM），并获得共晶结构验证。后续研究发现，2b对其它PDE亚型和20个其他常见靶点的选择性达1000倍以上。研究团队还采用2b为化学探针以验证PDE10作为抗肺动脉新靶点的可行性。动物实验验证，2b能显著降低PAH模型动物的肺动脉压力，扩张其肺动脉腔。这些研究结果充分表明PDE10是抗PAH的潜在靶点，同时也揭示PDE10抑制剂有望进一步开发成抗PAH候选药物。

图5. 采用高选择性PDE10抑制剂作为化学探针验证其作为抗肺动脉高压新靶点的可行性