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【金秋计划】丹参酮I与哌啶骨架杂交的强效NLRP3炎性小体抑制剂

  • 城头变幻大王骑
    2024/09/12
  • 私聊

中药/天然药检测



  • 丹参酮是中药丹参的功效物质,丹参酮I(Tanshinone I,Tan I)是丹参酮的一个亚类,具有芳香二萜醌的结构,具有抗菌和抗炎活性。然而,其过高的亲脂性,效价较弱,溶解度低、不稳定等特质,极大地限制了丹参酮I的应用。因此,建立有效的化学演化机制,开发更有效的丹参酮Ⅰ衍生物具有重要意义。哌啶是一种重要的饱和杂环支架,是美国FDA批准的药物中最常用的氮杂环,具有良好的药理特性。该团队将丹参酮Ⅰ和哌啶的骨架杂交,得到了一类新型有效的NLRP3炎症小体抑制剂。2023年2月14日,浙江大学药学院的崔孙良和王毅团队在J Med Chem(IF=7.3)上发表题为“Scaffold Hybrid of the Natural Product Tanshinone I with Piperidine for the Discovery of a Potent NLRP3 Inflammasome Inhibitor”的文章,通过骨架杂交策略得到了一系列具有NLRP3抑制活性的丹参酮Ⅰ-哌啶杂化物,相较于丹参酮Ⅰ,这些化合物在活性、选择性和类药性具有显著改善。其中化合物5j、12a和12d对IL-1β的分泌有较强的抑制作用,在脓毒症小鼠模型中也具有较好的治疗效果。机制研究表明,这些化合物可以阻断ASC的寡聚化,抑制NLRP3炎症小体的激活,且化合物5j可与NLRP3蛋白直接结合,对NLRP3蛋白具有显著亲和力。本研究发现了一种全新结构的丹参酮Ⅰ衍生物,为NLRP3炎性体抑制剂的开发提供了新的思路。




    1、设计合成了36种Tan Ⅰ-哌啶杂化物前期研究发现Tan Ⅰ中的醌结构是其主要药效团,不宜进行结构修饰。因此研究团队从呋喃结构入手,通过支架杂交的策略,利用哌啶合成出了5个系列 36个Tan Ⅰ的衍生物。为了提升反应活性,在引入哌啶骨架前,研究团队将Tan Ⅰ中的醌并呋喃部分活化为富电子的苯并呋喃。




    2、体外生物学评价Tan Ⅰ-哌啶杂化物抗炎活性前期研究发现Tan Ⅰ具有抗炎活性,而NLRP3炎症小体作为炎症反应的核心,被证明与多种炎症性疾病相关。因此,作者选用小鼠腹膜巨噬细胞(PMs)开展了一系列体外生物学评价,首先通过MTT法发现36种Tan Ⅰ-哌啶杂化物在4 μΜ浓度无明显细胞毒性,随后发现与Tan-I相比,化合物5d、5j、10c、10f、10g、12a、12d在2 μΜ浓度下更能抑制IL-1β分泌,其中化合物12d与经典的NLRP3抑制剂MCC950活性相当。综合构效关系结果发现引入氢键受体或亲水基团可提升抑制活性(5j、12a、12d),于是作者选用化合物5j、12a、12d作为进一步的研究对象。




    3、化合物5j、12a和12d阻断NLRP3炎症小体激活,是广谱抑制剂NLRP3炎症小体通路包含准备和激活两个阶段,准备阶段pro-IL-1β和pro-caspase-1的表达升高,而激活阶段IL-1β和caspase-1分泌增加。作者发现化合物5j、12a、12d可抑制IL-1β和caspase-1的分泌,而对pro-IL-1β和pro-caspase-1的表达没有显著影响,表明它们通过阻断激活阶段而不是准备阶段来抑制NLRP3炎症小体活化。此外,5j、12a、12d也可以抑制尿酸钠晶体(MSU)、尼日利亚菌素(Nig)刺激的NLRP3炎症小体激活,表明5j、12a和12d是针对NLRP3炎症小体激活的广谱抑制剂。




    4、Tan Ⅰ-哌啶杂化物5j/12a/12d可抑制ASC寡聚化,5j可直接结合NLRP3蛋白ASC寡聚化可促进caspase-1的活化,是NLRP3炎症小体活化的标志之一。作者进一步研究化合物5j、12a、12d抑制NLRP3炎症小体的作用机制,通过免疫荧光实验发现在添加化合物5j、12a、12d和阳性药MCC950时,ASC寡聚化形成的斑点显著减少,表明它们均可抑制ASC寡聚化。接着利用表面等离子体共振分析(SPR)和细胞热位移测定(CETSA)实验证明化合物5j和NLRP3存在直接互作。


    5、Tan Ⅰ-哌啶杂化物在脓毒症小鼠模型的体内抗炎评价接着作者对Tan Ⅰ-哌啶杂化物5j、12a、12d进行了成药性评价,发现它们相较于Tan Ⅰ有极大的改善。进一步开展体内抗炎效果评价,发现在LPS诱导的炎症性脓毒症小鼠模型中,化合物5j、12a和12d预处理可以显著降低IL-1β的释放,显著改善肺组织病理损伤,如肺泡壁增厚明显减轻,粒细胞数量和炎症浸润显著减少。




    总结该研究通过骨架杂交策略得到了一系列具有NLRP3抑制活性的丹参酮Ⅰ-哌啶杂化物,与原型丹参酮Ⅰ相比,这些新的结构化合物在效力、选择性和类药性方面有显著改善,其中化合物5j、12a和12d对IL-1β的分泌具有高抑制活性。机制研究表明,这些化合物可以阻断ASC的寡聚化,抑制NLRP3炎症小体的激活,同时SPR和CETSA显示化合物5j可与NLRP3蛋白直接结合。体内研究表明它们对脓毒症小鼠模型具有较好的治疗效果,研究开发出了一种丹参酮I的简单结构修饰策略并提供了一类新的有效的NLRP3炎症小体抑制剂。















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