新型吡唑-苯基硫代氨基甲酰衍生物的设计、合成及其多靶点抗II型糖尿病活性评价：体外与计算机模拟研究

《Results in Chemistry》：Design, synthesis, and biological evaluation of novel pyrazole-phenylcarbamothioyl derivatives as multitarget antidiabetic agents: in vitro and in silico studies

　　

研究人员合成、表征了一系列新型吡唑-苯基硫代氨基甲酰衍生物5(a-l)，并评估其针对II型糖尿病（T2DM）的抗糖尿病潜力。化合物5e经单晶X射线分析（single-crystal X-ray analysis）确认。与标准药物相比，化合物5j和5k对关键II型糖尿病相关酶表现出强效抑制。分子对接（molecular docking）研究阐明了支持所观察生物活性的结合相互作用。构效关系（SAR）分析识别了苯环取代基对酶抑制的影响。ADMET（吸收、分布、代谢、排泄和毒性，ADMET）分析表明，合成的衍生物具有有利的药物相似性和药代动力学性质。

糖尿病（diabetes mellitus）以持续性高血糖为特征，由胰岛素分泌、胰岛素作用或二者兼有缺陷所致，可引起碳水化合物、脂质和蛋白质代谢异常；长期高血糖可导致眼、肾、神经、心脏和血管等器官损伤。II型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）约占全球糖尿病病例的90%。α-淀粉酶（α-amylase）、α-葡萄糖苷酶（α-glucosidase）和醛糖还原酶（aldose reductase，AR）是本研究关注的关键酶；抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶可延缓碳水化合物消化与吸收，抑制AR则与减少多醇通路中山梨醇蓄积相关。现有α-葡萄糖苷酶抑制剂如阿卡波糖（acarbose）及AR抑制剂存在不良反应或疗效限制，且仅有部分AR抑制剂在部分地区上市。吡唑骨架具有可修饰性和多种生物活性，但以往研究多集中于代表性吡唑-苯基硫代氨基甲酰衍生物的合成与晶体研究。基于此，研究人员扩展合成12个新类似物5(a-l)，系统评价其多靶点抗糖尿病潜力，并结合构效关系、分子对接和ADMET预测探讨其成药性。

主要技术方法（≤250字）：研究人员以二乙炔二羧酸酯与取代苯肼盐酸盐经环缩合制备中间体，再与取代苯基异硫氰酸酯反应合成5(a-l)，采用¹H/¹³C核磁共振（NMR）、高分辨质谱（HRMS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）及单晶X射线衍射表征，其中5e用于晶体结构解析。体外抑制实验分别使用酿酒酵母α-葡萄糖苷酶、猪胰腺α-淀粉酶和人重组醛糖还原酶，测定半抑制浓度（IC₅₀）。分子对接采用PyRx/AutoDock Vina，靶蛋白PDB ID为3A4A、1DHK和1IEI；ADMET预测采用ADMETlab 2.0。未涉及临床样本队列。

3.1 化学：研究人员通过两步路线合成5(a-l)，并以质谱、¹H NMR和¹³C NMR等确认结构；例如5b的质谱结果与计算分子式相符，C=S、C=O和C-OH等信号支持目标结构。

3.1.1 单晶X射线分析：化合物5e经单晶X射线衍射确认，属单斜晶系P2₁/n空间群，R₁=0.0443、wR₂=0.1235；CS键长度支持硫酮形式，分子内O-H…S和N-H…O氢键稳定分子构象。

3.1.1.1 化合物5e的晶体学研究：晶体结构显示吡唑环平面化并作为苯基与硫代氨甲酰基之间的中心连接单元，芳基硫代氨甲酰环呈扭曲取向；该结果通过单晶X射线衍射得出，支持5e的精确三维结构。

3.2 体外碳水化合物消化酶抑制研究：研究人员通过α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶和醛糖还原酶体外抑制实验评价5(a-l）的多靶点抑制活性。

3.2.1 α-葡萄糖苷酶抑制活性：所有化合物IC₅₀为143.20–210.13 μM；5j最强（143.20±0.80 μM），其次为5g（150.45±2.00 μM）和5i（155.24±0.48 μM），均强于阿卡波糖（200.12±2.25 μM）；5h和5d较弱。

3.2.2 α-淀粉酶抑制活性：IC₅₀为82.54–130.88 μM；5k最强（82.54±0.85 μM），其次为5l（88.43±0.70 μM）和5j（92.39±0.77 μM），均强于阿卡波糖（120.23±1.20 μM）；5d和5h较弱。

3.2.3 醛糖还原酶抑制活性：IC₅₀为15.32–34.19 μM；5j最强（15.32±0.94 μM），其次为5h（17.52±0.78 μM）和5k（20.18±0.76 μM），与槲皮素（quercetin）相近；5a、5b和5d较弱。

3.3 分子对接研究：对接显示5j与α-葡萄糖苷酶（PDB ID: 3A4A）结合能为?8.3 kcal/mol，并与Gln279、Arg315等形成氢键；5k与α-淀粉酶（PDB ID: 1DHK）结合能为?7.1 kcal/mol，与Thr11、Asp402、Gly334、Arg398和Ser289等形成氢键；5j与醛糖还原酶（PDB ID: 1IEI）结合能为?9.4 kcal/mol，与Lys262、Ser210和Arg268形成氢键，并存在π-π堆积和疏水作用。对接结果支持体外酶抑制结果。

3.4 构效关系：SAR分析表明，苯基硫代氨甲酰基、吡唑核及羟基取代影响活性；取代基的电子性质与位置共同影响抑制。5g、5i和5j增强α-葡萄糖苷酶抑制，5j、5k和5l显示较强α-淀粉酶抑制，5h、5j和5k显示中等醛糖还原酶抑制；对接提示氢键、疏水和π–π作用差异支持上述变化。

3.5 拟议作用机制：抑制α-淀粉酶减少膳食淀粉水解为寡糖，抑制α-葡萄糖苷酶延缓寡糖转化为可吸收葡萄糖，从而降低餐后血糖；抑制醛糖还原酶可减少多醇通路中山梨醇蓄积，可能降低神经病变、视网膜病变和肾病等并发症风险。该多靶点机制基于酶抑制和分子对接，尚需酶动力学、细胞和体内研究验证。

3.6 计算机模拟ADMET分析：5(a-l)的TPSA为76.12–119.26 ?²，LogP为3.05–3.96，分子量小于500 Da，HBA为6–9、HBD为2；Caco-2预测值为?5.48至?5.11 cm/s，提示中等至较高肠吸收潜力；BBB渗透范围为0.117–0.182，提示中枢渗透有限；DILI概率为0.967–0.979，提示潜在药物性肝损伤风险；CYP3A4抑制概率为0.772–0.916，hERG阻断概率为0.006–0.067，且无PAINS警示。总体ADMET预测显示药物相似性较好，但肝毒性风险需实验验证。

讨论部分总结：研究人员认为5j和5k是主要先导化合物，其活性可能归因于硫代酰胺、羟基和吡唑部分的协同贡献，分子对接为实验活性提供了结构解释；ADMET预测总体有利，但DILI预测提示需进一步毒理学研究。研究同时指出，所用α-葡萄糖苷酶为酿酒酵母来源，酵母与哺乳动物肠道α-葡萄糖苷酶在底物特异性和抑制剂识别方面存在差异，因此结果应视为酶抑制潜力而非对哺乳动物肠道α-葡萄糖苷酶有效的直接证据。

研究结论部分翻译：在本研究中，研究人员成功合成了一系列新的乙基5-羟基-1-苯基-4-(苯基硫代氨基甲酰基)-1H-吡唑-3-羧酸酯衍生物5(a-l)，并采用光谱技术对其结构进行了表征。体外酶抑制研究显示，若干化合物对与II型糖尿病相关的关键碳水化合物代谢酶，即α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶和醛糖还原酶，表现出有前景的抑制活性。根据体外酶抑制结果，化合物5k和5j成为先导候选物，对α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶和醛糖还原酶表现出最高抑制活性。这些化合物可作为进一步结构优化和生物学评价的潜在骨架。需注意，本研究采用酿酒酵母α-葡萄糖苷酶作为初步筛选模型；既往研究表明酵母与哺乳动物肠道α-葡萄糖苷酶在底物特异性和抑制剂识别方面存在差异。因此，本研究所观察到的抑制活性应解释为酶抑制潜力的指示，而非对哺乳动物肠道α-葡萄糖苷酶有效的直接证据。所观察到的生物活性可能归因于硫代酰胺、羟基和吡唑部分的协同贡献，并得到构效关系分析支持。分子对接研究通过显示与靶酶关键活性位点残基的有利结合相互作用，进一步支持了实验结果。此外，ADMET预测表明若干化合物具有有利的预测ADMET特征，但部分衍生物较高的DILI预测提示潜在肝毒性风险，值得进一步实验研究。总体而言，这些化合物在所采用的实验条件下对α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶和醛糖还原酶表现出中等抑制活性。然而，在确定其治疗II型糖尿病的潜力之前，仍需使用哺乳动物α-葡萄糖苷酶模型、详细的机制研究以及体内糖尿病模型开展进一步研究。