以代谢稳定性为指导，设计、合成并评估作为新型黄嘌呤氧化酶抑制剂的苯甲酰烟酰胺衍生物

《European Journal of Medicinal Chemistry》：Design, Synthesis, and Biological Evaluation of Benzoisonicotinamide Derivatives as Novel Xanthine Oxidase Inhibitors Guided by Metabolic Stability

　　

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  通过合理的骨架结构重新设计，解决了TS10的代谢稳定性问题。
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  新型苯并异烟酰胺类化合物表现出较强的黄嘌呤氧化酶抑制作用。
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  S40的微粒体及血浆稳定性有显著提升。
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  S40能有效降低尿酸水平，并在体内减轻器官损伤。

引言

在生理条件下，人体通过内在调控机制维持尿酸平衡[1]、[2]。然而当嘌呤代谢出现紊乱时，血清尿酸水平就会上升。当血清尿酸浓度超过溶解度阈值（男性＞7 mg/dL，女性＞6 mg/dL）时，就会被诊断为高尿酸血症[3]、[4]。持续升高的血清尿酸会导致尿酸盐过饱和，从而在关节及其他组织中形成针状晶体，引发急性痛风发作。急性发作的症状通常会自行消退[5]、[6]，但如果高尿酸血症得不到治疗，持续的尿酸盐结晶沉积可能会引起持续性炎症和关节损伤，部分患者还可能逐渐发展为慢性痛风[7]、[8]。

黄嘌呤氧化酶在尿酸生成及痛风发病机制中起着关键作用[9]、[10]。它是一种典型的钼羟化酶，分子量约为290 kDa，广泛存在于肝脏、肾脏和血管内皮中，以同二聚体形式存在[11]、[12]。每个亚基包含一个钼中心、一个黄素腺嘌呤二核苷酸以及两个铁硫中心[13]、[14]、[15]。在嘌呤代谢的最后阶段，黄嘌呤氧化酶会催化次黄嘌呤转化为黄嘌呤，再将黄嘌呤氧化为尿酸[16]、[17]。过强的黄嘌呤氧化酶活性不仅会促进尿酸过度生成，还会产生活性氧物质，包括超氧阴离子、过氧化氢以及羟基自由基，这些物质会引发氧化应激和炎症反应，进而推动痛风、心血管疾病及其他相关疾病的进展[18]、[19]、[20]、[21]。

目前，黄嘌呤氧化酶抑制剂可分为嘌呤类和非嘌呤类两类[22]。别嘌醇是首个被用于临床的黄嘌呤氧化酶抑制剂，至今已有50多年的应用历史，仍是治疗痛风的一线药物。但由于其与体内天然嘌呤结构相似，可能会引发过敏反应，还会导致某些患者的肾功能恶化[9]、[23]、[24]、[25]。因此，后来人们研发出了非嘌呤类黄嘌呤氧化酶抑制剂，比如2009年在美国获批的非布司他，以及2013年在日本获批的托吡酯[26]、[27]。不过2019年有研究显示，非布司他会增加心血管死亡风险[28]、[29]，因此亟需开发安全性更高、疗效更好且副作用更少的新型黄嘌呤氧化酶抑制剂。

从2018年到2025年，药物化学家们一直在探索黄嘌呤氧化酶抑制剂的多种结构类型，涉及的骨架包括嘧啶类[26]、[30]、[31]、[32]、[33]、吡唑类[34]、[35]、[36]、[37]、咪唑类[38]、[39]以及三唑类[40]。我们之前的研究发现了一类以异烟酰胺为基础的新型黄嘌呤氧化酶抑制剂，代表化合物为TS10。虽然TS10在体外表现出优异的抑制活性（IC₅₀ = 0.031 μM），但其药物特性存在不足。在肝微粒体中，TS10会经过CYP2C9/3A4酶的作用发生羟基化反应；在血浆中，则会通过酰胺水解迅速失活。这些代谢缺陷导致该药物在大鼠体内的系统暴露量极低，低于检测下限，因而完全失去了在体内降低尿酸的作用[30]。进一步的研究表明，TS10中的苯基苄基醚结构单元是重要的代谢易变位点。苄基醚结构因为容易经过CYP酶介导的苄基氧化和氧化脱苄反应，从而被快速代谢清除，因此被视为典型的代谢易变结构模块[41]、[42]、[43]。

基于这些研究结果，TS10被选作结构优化的核心化合物，优化方向集中在S4疏水口袋区域。为此我们提出了两种优化策略：第一，为了减少O-脱烷基化反应，将原有的苯基–O–CH₂–苯基结构改为直接连接的苯基–G（G为芳香族基团）全碳骨架。通过去除醚键中的氧原子并引入更刚性的平面结构，有望提升分子的化学稳定性和代谢稳定性。第二，为了在代谢稳定性和药物特性之间取得平衡，用苯基–O–H（H为哌啶或四氢吡咯基团）结构替换不稳定的苄基片段。选择哌啶是因为它具有良好的代谢稳定性、低毒性以及较高的膜通透性，这些特性都有助于改善药物的ADME性质[44]。

通过上述策略，我们设计并合成了一系列新型黄嘌呤氧化酶抑制剂，旨在降低这些候选分子的代谢缺陷，同时提升其药物特性（见图1）。体外实验结果显示，S40是一种高效的黄嘌呤氧化酶抑制剂，与TS10相比，它的代谢稳定性有显著提升，同时仍保持较高的酶抑制活性。此外，在慢性高尿酸血症大鼠模型中，S40能够呈剂量依赖性地降低血清尿酸水平。结合其更好的代谢稳定性以及可检测到的口服系统暴露量，这些结果都表明S40具备成为优秀候选化合物的潜力，不过其药代动力学特性对体内疗效的具体贡献还有待进一步验证。本文我们将介绍这一系列新型黄嘌呤氧化酶抑制剂的设计、合成、生物学评价、代谢特征、药代动力学性质以及体内药理作用评估结果。

章节节选

化学结构

方案1展示了化合物S4-S7和S12-S26的合成过程。以4-溴-3-硝基苯胺为起始原料，与异烟酸缩合后得到化合物S1；用铁粉还原硝基后得到化合物S2；在醋酸中，S2与甲酰肼发生环化反应生成化合物S3；随后S3再与多种杂环胺类物质发生进一步环化反应，得到S4–S7。之后在三氟乙酸作用下去除Boc保护基

结论

在本研究中，我们以具有较高体外抑制活性的核心化合物TS10为基础，通过对其结构进行优化，设计并合成了一系列新型黄嘌呤氧化酶抑制剂。由于TS10中存在一个苄基醚结构，会导致其代谢稳定性较差，因此我们针对S4疏水口袋区域进行了合理改造，包括采用全碳骨架替代原有结构以及对芳基–O–杂环结构进行重构，最终得到了代谢稳定性得到显著提升的化合物

化学结构

除非另有说明，所有化学试剂和溶剂均购自商业供应商，均为分析级，使用前无需进一步纯化。所有反应都在经过烘干处理的玻璃器皿中进行，器皿内配有聚四氟乙烯涂层磁力搅拌棒。反应进程通过薄层色谱法监测，所使用的硅胶板可为FLUKA品牌的硅胶铝板（厚度为0.2毫米），也可为带有荧光标记的标准硅胶板

作者贡献说明

郭帅：撰写——初稿撰写。葛公辉：撰写——初稿撰写。张廷健：撰写——审阅与编辑，项目监督，资金申请，概念构思。孟凡浩：撰写——审阅与编辑。王涵：提供研究资源，负责方法学设计。刘立荣：开展实验研究，负责数据整理。于文辉：负责方法学设计，开展正式数据分析。严景汉：负责方法学设计，负责数据整理。侯玉峰：提供研究资源，负责方法学设计

伦理声明

本研究是按照ARRIVE（动物研究：体内实验报告规范）指南开展的。该研究已获得东南大学动物实验伦理委员会的批准。

伦理审批与参与同意

所有动物实验均严格遵循《实验动物护理和使用指南》的要求进行，并已获得机构动物护理使用委员会（IACUC）的批准。

发表同意声明

无需同意。

数据可用性

本研究过程中生成或分析的所有数据，如需获取，可向通讯作者提出合理请求后获取。

投稿声明

本手稿此前尚未发表，也不存在同时提交至其他期刊审议的情况。

资助情况

本研究得到了国家自然科学基金的资助（项目编号：8227378）。

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关联或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金的资助（项目编号：82273785）。

Gong-hui Ge|Shuai Guo|Wen-hui Yu|Li-rong Liu|Yu-feng Hou|Jing-han Yan|Han Wang|Fan-hao Meng|Ting-jian Zhang