发现XRF-1021（一种2,4-二取代-5-氟嘧啶衍生物）作为同源结构域相互作用蛋白激酶2抑制剂，可用于治疗慢性肾病

《European Journal of Medicinal Chemistry》：Discovery of XRF-1021, a 2,4-Disubstituted-5-Fluoro-Pyrimidine Derivative as Homeodomain-Interacting Protein Kinase 2 Inhibitors for the Treatment of Chronic Kidney Disease

慢性肾病纤维化治疗新策略：基于HIPK2抑制的2,4-取代-5-氟嘧啶衍生物设计与验证。通过结构修饰优化前导化合物15q，合成系列化合物并筛选出高效抑制剂XRF-1021（IC50=0.18 μM）。体外实验证实其抑制TGF-β/NF-κB/p53信号通路，显著降低Fibronectin、Collagen I和α-SMA表达。体内模型（腺嘌呤饮食、UUO）显示XRF-1021改善肾功能，减少肾间质纤维化，LD50达1943 mg/kg，NOAEL为269 mg/kg，为靶向HIPK2治疗慢性肾病提供候选药物。

　　慢性肾病（Chronic Kidney Disease, CKD）是一种全球范围内广泛存在的疾病，其发病率高达10%-13%。该疾病的特点是持续性的炎症反应和肾脏纤维化，主要由高血压、慢性肾小球肾炎和多囊肾病等病理因素引发。尽管目前已有部分药物用于CKD的治疗，如Finerenone和Dapagliflozin，但它们在临床应用中仍存在一定的局限性，包括副作用和疗效不足等问题。因此，开发更安全、有效的治疗药物仍然是一个迫切的需求。

在众多潜在的治疗靶点中，Homeodomain-interacting protein kinase 2（HIPK2）被认为是一个极具前景的分子。HIPK2是一种核内的双重特异性丝氨酸/苏氨酸和酪氨酸激酶，它在调控纤维化和炎症过程中发挥着重要作用。已有研究表明，HIPK2通过调节多个关键的信号通路，如NF-κB、TGF-β/Smad3、p53和Wnt/β-catenin等，参与了纤维化相关生物学效应的产生。在多种肾纤维化模型和CKD患者的组织样本中，HIPK2的表达水平均显著升高，这进一步支持了其作为治疗靶点的潜力。

为了进一步提高针对HIPK2的化合物的抑制活性，研究人员基于已有的结构研究，对15q这一先导化合物进行了结构修饰。15q是通过将TAE-226的2-氨基苯并酰胺结构环化为苯并咪唑核心而得到的化合物，它在体外和体内实验中均显示出对HIPK2的高效抑制作用。通过一系列的化学合成路径，研究人员设计并合成了多个2,4-二取代-5-氟嘧啶衍生物，其中化合物7a（XRF-1021）表现出了最显著的HIPK2抑制活性，其IC50值为0.18 μM。这一数值表明XRF-1021在抑制HIPK2方面具有极高的效力。

在体外实验中，XRF-1021被证明能够显著降低TGF-β1刺激下的NRK-49F和HK-2细胞中纤维化标志物的表达，包括纤维连接蛋白（Fibronectin）、胶原蛋白I（Collagen I）和α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）。这些标志物是肾脏纤维化过程中的关键指标，它们的表达水平与纤维化进程密切相关。XRF-1021的抑制作用表明，它可能通过干扰HIPK2的活性，进而阻断纤维化相关信号通路的传导，从而减轻肾脏组织的损伤。

在体内实验中，XRF-1021被测试在0.2%腺嘌呤饮食模型和单侧输尿管梗阻（Unilateral Ureteral Obstruction, UUO）模型中的效果。结果表明，XRF-1021显著改善了肾功能，减少了肾小管损伤和胶原沉积。这一发现进一步验证了XRF-1021在抗纤维化治疗中的潜力。在腺嘌呤模型中，XRF-1021的半数致死量（LD50）为1943 mg/kg，而在UUO模型中，其无观察到有害效应的剂量（NOAEL）为269.0 mg/kg，这说明该化合物具有一定的安全性和耐受性，为后续的临床研究提供了基础。

除了对HIPK2的直接抑制作用外，XRF-1021还表现出对TGF-β、NF-κB和p53等信号通路的显著抑制效果。这些通路在肾脏纤维化和炎症反应中扮演着核心角色，它们的异常激活会导致细胞外基质的过度沉积和组织结构的破坏。XRF-1021通过抑制这些通路，能够有效阻断纤维化过程中的关键步骤，从而减轻肾脏损伤。此外，已有研究指出，HIPK2的C端结构域能够抑制NF-κB的活性，这可能意味着XRF-1021的作用机制不仅限于直接抑制HIPK2，还可能通过影响其与其他蛋白的相互作用，进一步发挥抗炎和抗纤维化的效果。

为了确保化合物的合成质量，研究人员采用了多种化学方法进行合成，并通过薄层色谱（TLC）和硅胶柱色谱对反应进程和产物纯度进行了监控和优化。最终，所有合成的化合物均通过高效液相色谱（HPLC）验证其纯度超过95%。这种高纯度的化合物不仅保证了实验的可靠性，也为后续的药理学研究和临床应用提供了坚实的基础。

在结构-活性关系（Structure-Activity Relationship, SAR）研究中，研究人员对2,4-二取代-5-氟嘧啶衍生物的结构进行了系统分析。结果显示，将N-2位置的取代基替换为不同的芳香基团，如2-氨基苯并咪唑，能够显著提高化合物对HIPK2的抑制活性。这表明，取代基的种类和位置对化合物的生物活性具有重要影响。此外，通过保留嘧啶环和哌嗪环的核心结构，并对N-4位置进行直接连接，研究人员成功优化了化合物的分子构型，使其更有利于与HIPK2的结合，从而提高其抑制效果。

在药物开发过程中，分子对接（Molecular Docking）、分子动力学模拟（Molecular Dynamics Simulations）、药物亲和响应靶点稳定性（Drug Affinity Responsive Target Stability, DARTS）以及基于细胞的机制研究和体内药物可行性研究均被采用。这些研究方法不仅帮助研究人员理解XRF-1021与HIPK2之间的相互作用机制，还评估了其在体内的稳定性和生物利用度。结果显示，XRF-1021在体内外均表现出良好的药物特性，为将其发展为针对HIPK2的抗纤维化药物提供了有力支持。

XRF-1021的发现不仅为CKD的治疗提供了新的思路，也为相关疾病的药物研发开辟了新的方向。由于HIPK2在多种慢性炎症和纤维化疾病中的普遍表达，XRF-1021的抗纤维化作用可能不仅限于肾脏疾病，还可能适用于其他类型的纤维化疾病，如肺纤维化、肝纤维化和心脏纤维化等。这使得XRF-1021具有更广泛的临床应用前景。

从药理学角度来看，XRF-1021的高效性和安全性使其成为一种极具潜力的候选药物。它能够通过多种机制干预纤维化过程，包括直接抑制HIPK2的活性、阻断相关信号通路的传导以及促进细胞外基质的降解。这些作用机制的多样性可能有助于提高其在临床中的疗效，减少耐药性的发生。

此外，XRF-1021的结构特点也为进一步的药物优化提供了可能。通过调整取代基的种类和位置，研究人员可以探索更多具有类似或更优抑制效果的化合物。这不仅有助于提高药物的效力，还可能优化其药代动力学特性，如生物利用度、半衰期和组织分布等，从而提高其临床应用价值。

综上所述，XRF-1021作为HIPK2的高效抑制剂，具有显著的抗纤维化和抗炎作用。它在体外和体内实验中均表现出良好的疗效和安全性，为CKD的治疗提供了新的可能性。未来的研究可以进一步探讨XRF-1021在不同纤维化疾病中的应用，并通过临床试验验证其实际疗效。这一研究不仅推动了HIPK2作为治疗靶点的深入探索，也为慢性肾病及其他纤维化相关疾病的治疗带来了新的希望。