疏水性小分子不可逆组织转谷氨酰胺酶抑制剂的构效关系

《RSC Medicinal Chemistry》：Structure–activity relationships of hydrophobic small molecule irreversible inhibitors of tissue transglutaminase

本研究通过合成和表征一系列Adamantane衍生物，探讨其与组织转谷氨酰胺酶（TG2）抑制活性及稳定性的构效关系。结果表明，Adamantane环结构对抑制活性至关重要，其中氯代Adamantane衍生物（25b）在抑制常数（K_I=1.79 μM）和催化速率常数（k_inact=1.69 min?1）方面表现最优，其抑制效率（k_inact/K_I）高达941×103 M?1 min?1。同时，该衍生物在脂膜渗透性（P_e=5.85×10?? cm/s）和肝细胞稳定性（半衰期>120分钟）方面表现优异。取代基的电子密度和体积影响显著，氟和碘代衍生物虽提高抑制活性，但稳定性较差。因此，氯代Adamantane衍生物（25b）是潜在的最优抑制剂，适用于体内应用。（109字）

　　组织转谷氨酰胺酶2（TG2）是一种在人体所有组织中都存在的酶，它不仅是转谷氨酰胺酶（TGase）家族中的成员之一，还具有G蛋白的功能。TG2的这两种功能互斥，因为它们需要不同的酶构象。TG2在细胞外空间以“开放”构象存在，此时Ca2?浓度较高，而细胞内较低的Ca2?浓度则有利于其“闭合”构象，从而参与G蛋白信号通路并抑制转谷氨酰胺酶反应。TG2功能的异常与多种疾病相关，包括乳糜泻、纤维化和某些癌症。目前，针对TG2的小分子抑制剂显示出潜在的治疗价值，其中ZED1227已经进入乳糜泻的临床试验。

研究表明，TG2的抑制效果与小分子抑制剂的结构密切相关。其中，EB-2-16是一种高效的不可逆抑制剂，其结构包含一个丙烯酰胺（warhead）头基、甘氨酸连接臂（tether）、哌嗪桥（bridge）和金刚烷（adamantane）疏水基团。这种结构被广泛用于研究小分子抑制剂的结构-活性关系（SAR）。在对EB-2-16的各个结构部分进行优化的过程中，研究人员发现某些修饰可以显著提高其抑制效率，但同时也可能影响其在细胞膜中的渗透性和稳定性。

在对疏水基团的结构进行系统研究时，研究人员发现金刚烷基团在抑制效率上表现优异，优于其他环状烷基、芳香基、双芳基和桥接双芳基基团。此外，一些金刚烷衍生物表现出比EB-2-16更高的抑制效率，例如氯代金刚烷（25b）显示出极高的抑制效率，其比值（k_inact/K_I）达到941 × 103 M?1 min?1。这表明，疏水基团的体积和电子密度可能对抑制效果至关重要。

进一步的研究发现，氯代、溴代和碘代金刚烷基团的抑制效率随着卤素原子的体积增大而提高，其中碘代金刚烷（29）的抑制效率最高。然而，这些卤代衍生物的稳定性却低于氯代衍生物（25b），后者在人类肝细胞中的半衰期达到200分钟，与EB-2-16相似。这说明，尽管碘代和溴代衍生物的抑制效率更高，但它们的稳定性较差，这限制了其在体内应用的潜力。相比之下，氯代衍生物在保持高效抑制能力的同时，也具有较好的膜渗透性和稳定性，使其成为更理想的体内研究工具。

在研究桥接双芳基基团时，研究人员发现添加桥接原子会降低抑制效率。这表明，桥接结构可能影响抑制剂与TG2活性位点的结合方式，或者导致分子结构的灵活性不足，从而影响其在酶结合位点中的适应性。此外，一些桥接双芳基基团在特定位置的修饰仅略微提高了抑制效率，这提示桥接结构对整体活性的影响有限。

对于疏水基团的进一步研究，研究人员测试了不同取代基的金刚烷衍生物，包括卤素和苯基。结果显示，氯代、溴代和碘代衍生物的抑制效率均优于未取代的金刚烷基团。然而，苯基取代的衍生物（25d）虽然具有较高的膜渗透性，但其在肝细胞中的稳定性较差。因此，尽管某些取代基可能增强抑制剂的活性，但它们的膜渗透性和稳定性之间的平衡对于开发有效的体内药物至关重要。

在探索硫代氨基甲酸酯（sulfonamide）取代的金刚烷衍生物时，研究人员发现这种结构的抑制效率较低，这可能与其C–S–N键角与酶结合位点不匹配有关。相比之下，丙烯酰胺结构的C–C–N键角更有利于与TG2的活性位点结合，从而提高抑制效率。

在药代动力学测试中，研究人员评估了最佳抑制剂的膜渗透性和肝细胞稳定性。结果显示，氯代金刚烷衍生物（25b）不仅具有良好的抑制效果，还表现出优异的膜渗透性和稳定性，使其成为潜在的体内应用候选药物。此外，其他卤代和苯基取代的衍生物也表现出良好的膜渗透性，但其稳定性不及氯代衍生物。这提示，在开发TG2抑制剂时，需要在活性、膜渗透性和稳定性之间找到最佳平衡点。

综上所述，通过对EB-2-16结构中疏水基团的系统研究，研究人员发现金刚烷基团在抑制效率上具有显著优势，而氯代金刚烷衍生物（25b）则在膜渗透性和稳定性方面表现最佳，成为最具潜力的体内应用候选药物。这一发现为开发新型TG2抑制剂提供了重要的结构指导，也为相关疾病的治疗提供了新的研究方向。