基于Andrastin结构的新型法尼基转移酶抑制剂的设计、合成与活性评价

《Results in Chemistry》：Development of FTase inhibitors inspired by the structures of andrastins

本研究针对法尼基转移酶(FTase)相关疾病治疗需求，设计合成了一系列结构简化的andrastin类似物(1a-1d)。其中化合物1d展现出优异的FTase抑制活性(IC50=7.14±0.69 μM)，分子对接模拟揭示其环戊烷-1,3-二酮与羧酸基团通过多重氢键与FTase特异性结合。该研究为开发新型FTase抑制剂提供了创新策略。

　　

在生物医学研究领域，法尼基转移酶(FTase)一直被视为极具潜力的药物靶点。这种酶能够催化法尼基基团从法尼基焦磷酸(FPP)转移至靶蛋白C末端的CaaX模体中的半胱氨酸残基上，这一过程被称为法尼基化。特别值得关注的是，FTase介导的Ras p21蛋白的法尼基化在人类癌细胞中发挥着关键作用，同时该酶还与哈金森-吉尔福德早衰综合征(HGPS)、心血管疾病和神经退行性疾病等多种疾病密切相关。尽管已有大量FTase抑制剂被报道，但目前仅有lonafarnib获得临床批准，且其药物相互作用风险较高，这凸显了开发新型FTase抑制剂的迫切需求。

自然界一直是药物发现的重要灵感来源。Andrastins是一类从青霉菌(Penicicillium sp.)发酵液中分离得到的天然产物，具有独特的顺式CD稠合甾体骨架，其FTase抑制活性(IC₅₀=13.3-47.1 μM)已通过实验和计算研究得到验证。先前的研究表明，andrastins分子中的环戊烷-1,3-二酮结构和羧酸基团可能通过形成多重氢键与FTase发生特异性相互作用，这一发现为合理设计新型抑制剂提供了重要线索。

受到这些发现的启发，日本富山大学的研究团队在《Results in Chemistry》上发表了一项创新性研究，他们成功设计并合成了一系列结构简化的andrastin类似物(1a-1d)。这些化合物的设计基于三个关键策略：保留对FTase识别至关重要的环戊烷-1,3-二酮药效团；用易于合成的法尼基链替代andrastin中复杂的A-C环结构；引入羧酸或甲氧羰基基团以增强与酶的多点氢键相互作用。

研究团队采用多步有机合成路线成功制备了目标化合物1a-1d。活性评价实验显示，在10 μM浓度下，化合物1d表现出最强的FTase抑制活性，其IC₅₀值通过高效液相色谱(HPLC)分析确定为7.14±0.69 μM（基于底物肽P1的峰值面积）和8.39±1.23 μM（基于产物肽P2的峰值面积）。相比之下，化合物1a-1c在最高抑制剂浓度下的抑制率均低于60%，未能获得可靠的IC₅₀值。

分子对接模拟为理解这些化合物的作用机制提供了深刻见解。研究人员使用分子操作环境(MOE)软件对化合物1a-1d与FTase(PDB代码：3E33)的相互作用进行了系统分析。结果显示，化合物1d的四种立体异构体均表现出较高的对接得分，且其环戊烷-1,3-二酮和羧酸基团与FTase的特定氨基酸残基(Lys-164α、Arg-291β和Lys-294β)形成了稳定的多点氢键网络。蛋白质-配体相互作用指纹(PLIF)分析进一步证实了这些相互作用的稳定性。

值得注意的是，化合物1d与FTase的结合模式与andrastin A存在显著差异，这表明andrastins的完整甾体骨架并非FTase抑制活性所必需。这一发现为后续的结构简化工作提供了重要理论依据。

2.1. Andrastin类似物1a-1d的合成

研究人员开发了高效的合成路线，以商业可得的2-甲基环戊烷-1,3-二酮为起始原料，通过烯醇醚化、法尼基化、酯水解等关键步骤，成功合成了目标化合物1a-1d。所有中间体和最终产物均通过核磁共振(NMR)、红外光谱(IR)和高分辨质谱(HRMS)进行了充分表征。

2.2. 活性评价

竞争性抑制实验表明，化合物1d在10 μM浓度下能显著降低FTase催化底物肽P1法尼基化的反应速率。通过定量分析P1和P2的HPLC峰面积，研究人员计算出化合物1d的IC₅₀值为7.14±0.69 μM，其抑制活性优于天然产物andrastin A。

2.3. 分子对接模拟

对接分析揭示，化合物1d的羧酸基团和环戊烷-1,3-二酮结构域与FTase活性位点的极性氨基酸残基形成了广泛的多点氢键相互作用。与此前Vistoli等人报道的andrastin A结合模式不同，化合物1d未观察到与FTase中Zn²⁺离子的相互作用，表明其具有独特的抑制机制。

本研究成功证明了基于天然产物结构简化策略开发新型FTase抑制剂的可行性。化合物1d作为最具潜力的先导化合物，其优异的抑制活性主要归因于环戊烷-1,3-二酮和羧酸基团与FTase形成的多点氢键网络。这些发现不仅为治疗FTase相关疾病（如癌症、HGPS等）提供了新的候选分子，也为基于天然产物的合理化药物设计提供了重要范例。该研究强调整合实验和计算生物学方法在药物发现中的重要性，为开发具有改善安全性的新一代FTase抑制剂奠定了坚实基础。