《Biochemical Pharmacology》：Structural factors for receptor binding and activation of the Nociceptin opioid receptor by full and partial agonists
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摘要基于1-(哌啶-4-基)吲哚啉-2-酮化学骨架开发的小分子配体，可用于作用于痛觉肽/孤儿FQ（N/OFQ）阿片肽受体（NOP），这类配体已生成多种选择性的NOP完全激动剂、部分激动剂及拮抗剂，还有同时作用于NOP和μ阿片受体（MOP）的双功能激动剂。本文报告了围绕该骨架进一步
摘要
基于1-(哌啶-4-基)吲哚啉-2-酮化学骨架开发的小分子配体，可用于作用于痛觉肽/孤儿FQ（N/OFQ）阿片肽受体（NOP），这类配体已生成多种选择性的NOP完全激动剂、部分激动剂及拮抗剂，还有同时作用于NOP和μ阿片受体（MOP）的双功能激动剂。本文报告了围绕该骨架进一步优化候选化合物，以设计新的NOP部分激动剂的研究成果。此前在该系列中的结构-活性关系研究显示，那些含有直接与哌啶氮原子相连的亲脂性环状或芳香族取代基的配体，能够引发与完全或部分激动作用相关的NOP受体状态；而通过亚甲基连接键将相同亲脂性基团与哌啶氮原子相连时，则会生成无法激活NOP受体的配体（即NOP拮抗剂）。NOP受体细胞外环2（EL2）中的极性氨基酸残基，以及EL2、跨膜螺旋7（TM7）和TM1残基之间的氢键网络，被认为在配体驱动该G蛋白偶联受体（GPCR）活化过程中起作用，但针对这一化学骨架的相关研究尚不多见。本研究通过配体导向和结构导向的方法，发现了新型的3-未取代吲哚啉-2-酮、吲哚啉-2,3-二酮以及3-(羟亚氨基)吲哚啉-2-酮，并明确了影响其与NOP受体结合亲和力及内在活性的关键相互作用。通过对吲哚啉酮系列化合物的3位引入极性取代基，我们得到了高效的NOP部分激动剂，这些激动剂既具有选择性，又能同时作用于NOP和MOP受体，比如3-(羟亚氨基)吲哚啉-2-酮1d（AT-127）、2c和3c，其效力与目前处于临床研发阶段的NOP部分激动剂相当。
引言
痛觉肽/孤儿FQ（N/OFQ）肽受体（NOP），曾被称为类阿片受体（ORL-1），被认为是阿片受体家族的第四个成员[1]、[2]。该受体属于G蛋白偶联受体（GPCR）家族，与经典的μ（MOP）、δ（DOP）和κ阿片（KOP）受体在结构上有着显著相似性[3]。与其他阿片受体类似，NOP受体存在于中枢神经系统及外周组织中。它的内源性配体N/OFQ是一种17氨基酸长的肽，与κ阿片肽强啡肽在结构上有一定相似性，但却无法与这三种经典阿片受体结合[4]、[5]。关于NOP受体及N/OFQ的药理学研究表明，它们与疼痛、药物奖赏、焦虑、进食、睡眠/觉醒周期以及学习/记忆等相关通路存在关联[6]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]。NOP-N/OFQ系统能够调节经典阿片受体的药理作用，且常常与其他阿片受体一同定位于神经元回路中[6]、[15]。N/OFQ刺激NOP受体时，可在脊髓以上层面逆转阿片类物质引发的镇痛效果，而在脊髓层面则能增强这种镇痛效果[16]、[17]。此外，N/OFQ还能减少奖赏通路中由阿片类物质引发的多巴胺释放[18]、[19]，并通过抑制杏仁核中的促肾上腺皮质激素释放因子发挥作用，从而展现出抗焦虑特性[20]。目前已有多种NOP配体进入临床研发阶段，作为多种疾病的治疗候选药物——例如，一种选择性的NOP拮抗剂LY2940094已被用于治疗重度抑郁症和酒精使用障碍[21]，选择性NOP激动剂SCH486757则被用作止咳药[22]；最近，选择性NOP受体部分激动剂sunobinop也在针对失眠等多种疾病开展临床评估[14]。而像Cebranopadol这类具有多重功能的非选择性NOP激动剂，则已在术后疼痛和神经性疼痛的临床试验中得到应用[23]、[24]、[25]、[26]、[27]、[28]。
大多数非肽类、非莫尔菲南型的NOP配体都包含三个主要的药效团，如图1所示，这些药效团对配体的结合亲和力及/或功能选择性起着关键作用[29]、[30]。药效团A（图1）通常为含有苯环的杂环，该苯环要么与核心结构融合，要么通过单键与之相连。标记为B的药效团包含一个带正电荷的氮原子，它能与跨膜螺旋3（TM3）中保守的天冬氨酸残基Asp1303.32（上标表示该残基的Ballesteros-Weinstein编号）形成关键的离子键结合。这种含碱性氮原子的B型药效团实际上是一个哌啶环，这也是众多非肽类阿片配体中常见的结构特征。在大多数NOP配体中，药效团C（图1）为亲脂性环烷基结构，可能有或没有芳香环，它与药效团B的氮原子相连。
我们此前已经报道了多类NOP配体，包括1-(哌啶-4-基)吲哚啉-2-酮、N-哌啶基吲哚类、螺环异喹啉酮以及1,3,8-三唑螺癸酮类，这些配体都是根据其A型药效团进行分类的（图2）。此外，我们还曾通过对结构各异的配体在NOP结合口袋中的相互作用进行结构导向的分子分析，来研究NOP受体的结构特征[31]。以1,3,8-三唑螺癸酮类的NOP配体为例（Ro-65-6590、Ro-64-6198以及I（图2）），罗氏公司最早报道的那些高选择性、高效力的NOP完全激动剂[32]、[33]、[34]，之所以能与NOP受体形成高亲和力结合，主要是因为其A型药效团中的苯环能够很好地嵌入NOP受体TM2和TM3之间朝向细胞外端的结合口袋中[35]，我们在其他多种NOP完全激动剂中也观察到了这种结合模式。而螺环异喹啉酮类配体[36]，包括NOP-MOP双功能激动剂AT-121，则具有独特之处：含有该A型药效团的化合物大多只能作为NOP受体的部分激动剂。对于N-哌啶基吲哚类化合物，我们发现吲哚环上的取代位置（即A型药效团的位置）决定了该配体是像AT-312那样作为完全激动剂[37]，还是像AT-035那样作为部分激动剂[38]。
基于1-(哌啶-4-基)吲哚啉-2-酮化学骨架设计的NOP配体，在功能多样性方面表现极为出色，目前已发现的此类配体包括选择性NOP完全激动剂AT-403[39]、NOP部分激动剂1c (AT-090)和1d (AT-127)[40]、NOP-MOP双功能激动剂2a（AT-201）[41]，以及NOP拮抗剂AT-206[29]（图2）。本文进一步介绍了对哌啶基吲哚啉酮骨架的优化工作，旨在提升其选择性和效力。这项优化工作借助了我们之前报道的哌啶基吲哚类NOP配体的配体导向结构-活性关系分析，以及对这些类似物在NOP受体活性状态同源模型中的结构导向分子建模技术。我们还在1-(哌啶-4-基)吲哚啉-2-酮的3位位置探索了新的功能基团，随后在体外测试了这些新类似物在NOP受体及其他阿片受体上的结合亲和力、选择性和功能活性。
章节节选
总体信息
层析实验是在Analtech硅胶GF 250 μm层析板上进行的（Miles Scientific，纽瓦克，特拉华州）。层析板的显色检测采用254纳米紫外光和碘液。快速层析则是在F60硅胶上进行的，该硅胶的粒径为43–60微米（230–400目），厚度为60埃（Silicycle SiliaFlash?，加拿大魁北克省）。除特别说明外，实验中使用的溶剂和化学试剂均购自Fisher Scientific公司。所有从商业供应商处购买的溶剂和化学试剂都已在实验中使用。
化学部分
化合物1a、2a、6a、7a和1b的合成方法早已有相关报道[30]、[47]。吲哚啉酮类NOP配体（3a – 5a、2b – 7b、1c – 7c、1d和1e）的合成则是以1-(哌啶-4-基)吲哚啉-2-酮（8）这一通用中间体为起始原料，而该中间体则是通过先前已发表的合成方法制得的[47]（图3）。化合物3a和4a是通过相应的酮类化合物与中间体8发生还原胺化反应制得的，而化合物5a则是通过8与相应试剂发生SN2反应合成的。
讨论
本研究报道了来自1-(哌啶-4-基)吲哚啉-2-酮化学类别的一系列新型NOP配体，这些配体能够产生高效的NOP部分激动剂，即2c（NOP的EC50值为4.1 ± 0.78纳摩尔）和3c（NOP的EC50值为9.70 ± 5.70纳摩尔）。我们对研究中提到的这些化合物的分子对接结果进行了分析，研究了它们与NOP结合位点之间的关键分子相互作用，尤其是NOP结合口袋中的G蛋白偶联受体激活相关结构。
1a（AT-203）和2a的最优结合构象为
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了美国国家药物滥用研究所的资助，相关资助项目编号为R01DA027811、R44DA042465和UG3DA048371，这些资助由NTZ机构获得。
阿皮特·多希|丹尼斯·安田|维尔维特·B·乔尼根|威尔玛·E·波尔加|努鲁兰·T·扎韦里
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