1,4,5,6-四氢苯并[2,3]氧杂庚环[4,5-d]嘧啶衍生物作为抗神经炎症药物：设计、合成及初步生物学评价

《Bioorganic Chemistry》：1,4,5,6-Tetrahydrobenzo[2,3]oxepino[4,5- d]pyrimidine derivatives as anti-neuroinflammatory agents: Design, synthesis, and preliminary biological evaluation

　　

摘要

神经炎症已被确认为多种神经系统疾病的致病因素。小胶质细胞是调控神经炎症反应的主要免疫细胞。因此，我们以内部化学库中初步发现的化合物DL-1为结构基础，通过两步结构改造，设计并合成了26种1,4,5,6-四氢苯并[2,3]氧杂吡诺[4,5-d]嘧啶衍生物（BPMs），作为抗炎分子。其中，经过哌啶和盐酸苯甲脒修饰的最强活性化合物10a被认定为最佳候选物，它具有很强的抗神经炎症作用，且无明显细胞毒性。实验表明，10a能有效减轻LPS诱导的小胶质细胞神经炎症，表现为炎症介质水平下降，包括活性氧、一氧化氮、IL-1β、IL-6、TNF-α和IL-18等。机制研究显示，10a可通过抑制p65和IκBα的磷酸化以及降低NLRP3蛋白表达，来阻断NF-κB/NLRP3通路。这些结果为开发针对神经炎症相关疾病的治疗药物提供了有希望的策略和良好起点。

引言

神经炎症通常指中枢神经系统内的炎症反应，可由感染、创伤、缺血和毒素等多种病理因素引发[1]。在先天免疫细胞中，小胶质细胞是神经炎症反应中的主要参与者[2]。在生理状态下，小胶质细胞在维持中枢神经系统平衡、应对慢性压力以及影响突触可塑性、学习与记忆等方面发挥着关键作用[3]。一旦被激活，小胶质细胞会释放促炎细胞因子（如TNF-α、IL-1β和IL-6），以及炎症介质一氧化氮、脂质介质PGE2和活性氧，这些物质会促使其他免疫细胞聚集，进而导致神经元损伤[4]。越来越多的证据表明，小胶质细胞的异常激活与多种神经退行性疾病的进展有关[5][6]。鉴于小胶质细胞的多种功能，若能开发出既能减少其不良作用又能保留有益功能的药物，将具有重要意义[7]。研究表明，通过抗神经炎症来缓解神经退行性病变，是减轻全球日益严重的神经系统疾病负担的合理途径[8]。目前现有的药物对神经炎症相关疾病的疗效有限，这可能与它们难以穿透血脑屏障、效力不足、目标定位不够精准以及神经炎症的病理机制十分复杂有关[9]。同时，目前尚不清楚在神经退行性疾病中，神经炎症是如何被控制或终止的，过度的活化胶质细胞又是如何被清除的。因此，亟需基于明确的抗神经炎症机制来开发新的药物。

转录因子NF-κB和炎性小体成分NLRP3在导致大脑衰老和阿尔茨海默病的不良过程中起着核心作用[10]。当受到LPS刺激时，转录因子NF-κB/p65会进入细胞核，激活编码促炎细胞因子和NLRP3的基因表达[11][12]。被激活的NLRP3炎性小体会招募ASC，进而形成成熟的caspase-1，从而促使pro-IL-1β和IL-18的成熟与释放[13]。大量研究已证明，抑制NF-κB和NLRP3能够降低大脑中的免疫激活和促炎细胞因子的释放，同时改善认知功能[14][15]，这说明NF-κB/NLRP3信号通路可能是治疗神经系统疾病的一个极具潜力的靶点。

基于天然产物进行药物发现已成为现代药物研发领域的重要方法之一[16][17]。苯并氧杂环戊烷结构 motif存在于多种天然产物中（X1–X3，图1）[18][19][20]。最近，我们以苯并氧杂环戊烷结构为基础，合成了具有抗肿瘤或抗炎活性的多种生物活性分子（X10i和29，图1）[21][22]。此外，苯并氧杂环戊烷类化合物（X4–X8，图1）还被报道具有镇静抗抑郁、抗炎、抗精神病、降压以及抗菌作用[23][24][25][26][27]。

在本研究中，通过对内部化学库的筛选，我们发现了一种四氢苯并[b]氧杂吡啉衍生物DL-1，它在10.0?μM浓度下即可抑制31.3%的IL-6释放，且没有细胞毒性。这一发现促使我们进一步开展研究，最终以DL-1为基础设计出一系列1,4,5,6-四氢苯并[2,3]氧杂吡诺[4,5-d]嘧啶衍生物（BPMs）。经过两轮结构改造后，我们得到了最强活性的化合物10a（方案1）。体外实验表明，10a具有显著降低炎症因子水平的功效，同时还能通过调节IκBα/NF-κB信号通路来缓解神经炎症。

章节节选

合成与结构表征

目标化合物的合成路线如图2所示。首先，由3,5-二甲氧基酚（1）制备得到的4-(3,5-二甲氧基苯氧基)丁酸（3），通过与甲基4-溴丁酸酯（2）进行威廉姆森醚合成反应并随后进行水解反应，得到相应产物。在后续步骤中，通过弗里德尔-克拉夫茨酰基化反应得到了苯并氧杂环戊烷结构骨架（4）。不同的含氮杂环与对氟苯甲醛反应后生成中间体7a–i，这些中间体随后又经历了一系列反应

结论

在本研究中，我们发现了具有抗神经炎症活性的BPM衍生物。与阳性对照剂PDTC相比，最强活性化合物10a在抑制小胶质细胞模型细胞中炎症细胞因子的释放方面表现出更强的效果。机制研究显示，10a能够抑制NF-κB/NLRP3通路，从而有效缓解神经炎症。这些结果为开发更具效力的抗神经炎症药物提供了良好的研究基础。

试剂

脂多糖（LPS，#L2880）购自美国密苏里州圣路易斯的Sigma公司。各类化学试剂则分别从北京莱扬科技有限公司和上海碧德药技有限公司购买。光谱分析采用¹H NMR（布鲁克Avance 400?MHz或600?MHz光谱仪）和¹³C NMR（布鲁克Avance 100?MHz或150?MHz光谱仪）在二甲亚砜（DMSO-d6）和氘代氯仿（CDCl3）溶剂中进行，以四甲基硅烷作为内标。化学位移值（δ）为

CRediT作者贡献说明

夏德利：撰写——初稿、方法学部分。陈宇：软件应用、数据整理。徐广森：实验验证、资金获取。侯贵革：撰写——审阅与编辑、项目指导。

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系或个人关系。

致谢

我们感谢以下机构的财政支持：中国山东省重点研发计划（编号2025CXPT129）、山东省实验室计划（编号SYS202205）、中国国家自然科学基金（编号82404457）、山东省自然科学基金（编号ZR2023MH190、ZR2024QH177）。

夏德利|陈宇|徐广森|侯贵革

中国山东医药大学中药药理与临床评价国家重点实验室，药学院，中国山东省烟台市264003