基于结构设计的新型1,3-噁唑类胆固醇24-羟化酶（CH24H）抑制剂：靶向血红素铁结合域的创新策略

本研究针对脑特异性细胞色素P450酶CH24H（CYP46A1）开发新型抑制剂，通过结构导向药物设计（SBDD）和配体亲脂效率（LLE）优化，发现强效选择性抑制剂3k（IC50 =4.5 nM）。口服给药后显著降低小鼠脑内24S-羟基胆固醇（24HC）水平，证实1,3-噁唑可作为新型血红素铁结合基团，为CYP酶抑制剂开发提供新思路。

　　

胆固醇代谢与神经系统疾病的隐秘关联
胆固醇24-羟化酶（CH24H/CYP46A1）是大脑胆固醇代谢的关键酶，其产物24S-羟基胆固醇（24HC）不仅参与胆固醇外排，还调控NMDA受体等神经信号通路。异常升高的24HC水平与癫痫、阿尔茨海默病等神经系统疾病密切相关。然而，现有CH24H抑制剂如soticlestat（吡啶类）存在结构单一性问题，且传统血红素铁结合基团（如咪唑、三唑）的化学空间亟待拓展。

从"分子剪刀"到"精准制动器"
日本武田制药的研究团队通过结构导向药物设计（SBDD），将1,3-噁唑这一非经典血红素铁结合基团引入CH24H抑制剂开发。基于先导化合物1a（IC₅₀
=23 nM）的骨架跃迁策略，研究人员构建了咪唑并[1,2-a]吡啶-3-甲酰胺衍生物库，并通过配体亲脂效率（LLE）指导优化，最终获得强效抑制剂3k。该成果发表于《Bioorganic & Medicinal Chemistry》，为靶向CYP酶的药物设计提供了新范式。

关键技术方法
研究采用FreeStyle 293-F细胞表达系统制备CH24H酶，通过放射性[¹⁴
C]胆固醇转化实验测定抑制活性；利用X射线晶体学解析抑制剂-酶复合物结构（分辨率1.8-2.3 ?）；通过LC/MS/MS检测小鼠脑内24HC水平；采用跨物种CYP酶谱（CYP3A4/2C8/2C9/2D6）评估选择性。

从分子设计到生物验证
4.1 先导化合物发现
通过5-6/6-6/7-6稠合杂环筛选，发现吲哚2a（IC₅₀
=7.7 nM）和二氢吲哚2b（IC₅₀
=5.6 nM）活性最佳。晶体结构显示2b通过1,3-噁唑-铁配位和Arg226氢键网络实现双重结合。

4.2 末端酰胺优化
将吗啉替换为桥环吗啉显著提升活性：2,5-桥环3g（IC₅₀
=6.5 nM）和3,5-桥环3k（IC₅₀
=4.5 nM）分别通过填充Phe80/Trp368形成的疏水口袋增强结合力。3k的LLE值达6.9，优于先导化合物1a（LLE=4.4）。

4.3 选择性验证
3k对代谢CYP酶抑制率均<15%（10 μM），而对照化合物3a对CYP3A4抑制率达41%。晶体结构揭示其选择性源于3-氧杂-8-氮杂双环[3.2.1]辛烷独特的空间位阻效应。

4.4 体内药效
口服3k（10 mg/kg）1小时后脑浓度达2.97 μM，8小时使小鼠脑24HC降低22%，与临床候选药soticlestat效果相当。

突破与启示
该研究首次证实1,3-噁唑可作为高效血红素铁结合基团，其氧原子的氢键受体特性与适度亲脂性（ClogP=1.4）形成完美平衡。通过"骨架约束"策略将柔性酰胺锁定为生物活性构象，结合桥环吗啉的三维空间优势，解决了CYP抑制剂选择性难题。未来可拓展至CYP17A1（前列腺癌）、CYP19A1（乳腺癌）等治疗靶点，为代谢性疾病和肿瘤领域提供新工具化合物。