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科研進展

齐湘兵/李文辉實驗室合作开发高效二聚体胆酸类NTCP抑制剂

發布時間:2021/04/30

2021年4月28日,香港快三/清华大学生物医学交叉研究院齐湘兵和李文辉课题组在药物化学顶级期刊 《J. Med. Chem.》杂志在线发表了题为“Design of Dimeric Bile Acid Derivatives as Potent and Selective Human NTCP Inhibitors” 的研究论文(https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jmedchem.1c00078)。

乙型肝炎病毒(HBV)感染是影响全球的公共卫生问题之一。全世界约有 2.9 亿人口罹患慢性乙肝感染, 每年约 78 万人死于乙肝引起的肝脏疾病或者肝癌。丁肝病毒(HDV)作为乙肝病毒的卫星病毒,只有在乙肝病毒存在的情况下才可以复制。乙肝病毒和丁肝病毒的共感染往往会导致更为严重的临床症状,并有更高的概率发展至肝硬化或者肝癌。李文辉實驗室于2012年首次发现牛磺胆酸钠共转运多肽(NTCP)为乙肝病毒和丁肝病毒进入肝脏细胞的功能性受体,为乙肝感染和丁肝感染的预防和治疗打开了新的大门,基于此研究成果而开发的稳定表达人NTCP的HepG2细胞系(HepG2-NTCP细胞)提供了便捷有效的乙肝病毒和丁肝病毒体外感染模型,为研发靶向NTCP从而抑制乙肝/丁肝感染的药物提供了有力平台。
自从乙肝受体发现以来,基于靶向NTCP的药物发现有了突破性进展。特别是今年由德国MYR GmbH公司研发的世界首个NTCP抑制剂-Myrcludex B在欧洲作为用于治疗慢性丁肝感染的药物获得上市批准,为NTCP作为具有临床价值的全新药物靶点提供了有力支持。然而Myrcludex B是一种源自HBV Pre-S1多肽的大分子药物,口服利用度低,仅限于静脉内或皮下给药,且价格昂贵。因此,针对 NTCP 的小分子抑制剂有极大的应用前景,研发价值和市场潜力。
宿主-病原体感染或者蛋白与蛋白等生物大分子之间的相互作用多为多价多位点强相互作用,而与生物大分子相互作用的小分子一般都是相对低亲和力并且与单个受体结合位点的单价模式,所以通过小分子靶向这类多价结合的大分子是最具挑战性的策略。为了提高小分子调控功效,设计多位点协同相互作用的多价小分子是一种潜在的解决方案,如HCV非结构蛋白5A(NS5A)抑制剂和通过抑制IAP激活cytochrome c依赖的细胞凋亡的双价Smac模拟小分子等。然而并不是所有的小分子构建成多价分子,与大分子的结合能力都会增强,多价小分子的核心单体骨架结构,单体分子连接方式,甚至是整体分子构型和刚性等都会影响多价分子的综合结合强度。除了设计多价分子的协同效果增强结合活性以外还需要全面考量和评价多价分子的成药性并进行生物利用度等优化,因为大部分这类药物分子设计都超出传统药化经验规则。
該研究中,作者偶然發現了熊去氧膽酸(TUDCA)聚合而成的二聚膽酸衍生物(DBAD)具有高效抑制NTCP功能的活性,而不同連接形式的二聚體産生的抑制效果顯著不同。基于具有活性的二聚體結合模式,作者進一步設計並合成了上百種不同鏈接方式,不同骨架和不同構型的二聚膽酸分子。通過進行抑制乙肝病毒感染實驗,作者對這些化合物進行了詳細的結構-活性關系(SAR)研究,發現了具有高活性和高持續性抑制NTCP功能的膽酸二聚體。此外,該研究還發現NTCP氨基酸序列157–165片段可能與二聚膽酸的結合有關,並造成了二聚膽酸對于不同種屬NTCP抑制能力上的差異。研究團隊接下來通過優化[AB-MPS]數值,針對性地構建優勢環系骨架,剛性構型和優勢官能團等策略,對二聚膽酸衍生物進行了深入的成藥性優化。並最終得到了對人NTCP具有高度選擇性,高親和力和優良生物利用度的強效化合物DBA-41(NQL-90)。對其在人NTCP敲入小鼠中的體內功效研究中表明,DBA-41能夠影響人NTCP敲入小鼠體內的膽酸水平,但在給藥過程中小鼠的丙氨酸轉氨酶(ALT)水平或體重均未觀察到差異。這些結果證明了DBA-41在抑制NTCP底物攝取方面的體內功效,同時顯示出良好的安全性,具有被開發爲HBV感染抑制劑的潛力。

综上,齐湘兵實驗室与李文辉實驗室合作开发了一类抑制乙肝受体NTCP的高活性高选择性的胆酸二聚体小分子,详细的药化研究最终得到一类高生物利用度并且具有临床开发潜力的药物分子。该类小分子药物设计是通过多价结合模式抑制NTCP活性的第一个实例,其中许多具有出色的抑制活性和优良的物种选择性。全面的药化研究特别是成药性优化策略为抑制NTCP介导的HBV病毒进入和底物转运提供了新的药物开发设计策略,也可以用作描述NTCP介导的病毒进入和底物转运的分子机制的有用工具。
李文辉實驗室博士生刘阳,严欢和齐湘兵實驗室博士生张磊,王志强对本工作有重要贡献,其他作者包括吴青翠,宋潇,孙国梁, 周忠敏, 彭博, 严丽蔚等。该研究由科技部973项目、北京市科委、清华大学等资助,在香港快三完成。
全文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jmedchem.1c00078




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