氧代乙酰胺锚定的喹唑啉酮 - 吲哚杂合物作为新型可逆胰脂肪酶抑制剂：合成、构效关系及作用机理研究

《Journal of Molecular Structure》：Oxoacetamide-anchored quinazolinone-indole hybrids as novel reversible pancreatic lipase inhibitors: Synthesis, SAR, and mechanistic insights

　　

• 合成了一系列新型的喹唑啉酮 - 吲哚杂化化合物，并进行了光谱表征。
• 针对 PL 酶进行了抑制活性和分子对接研究。
• 对效力最强的类似物 10p 进行了 200 ns 的 MD 模拟。
• 类似物 10p 的酶动力学分析表明其抑制模式为竞争性抑制。
• 进行了荧光猝灭分析，以评估类似物 10p 与 PL 之间的非共价结合。

引言
肥胖是一场个人斗争，也是一个严重的公共卫生问题，其特征是体内脂肪过量。在美国，约 42.5% 的 20 岁及以上成年人患有肥胖症，其中包括 9.0% 的重度肥胖者，而 31.1% 的人超重 [1]。同样地，欧洲超过 50% 的人受超重或肥胖影响 [2]。值得注意的是，肥胖影响着每一个国家，没有哪个国家能按计划实现世界卫生组织（WHO）“到 2025 年不高于 2010 年水平”的目标（https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/obesity-and-overweight，访问于 [2025 年 12 月 25 日]）。在南亚国家，包括印度和孟加拉国，学龄儿童和青少年（5-19 岁）的肥胖患病率在 1990 年至 2022 年间大约翻了一番。全球范围内，2022 年生活在肥胖症中的成年人绝对数量最高的国家是美国、中国和印度 [3]。此外，肥胖是 2 型糖尿病、心血管疾病、脂肪肝疾病、类风湿性关节炎和几种癌症的主要危险因素，推动了对有效治疗策略的广泛研究。

缓解肥胖的广泛探索且成功的靶点之一是抑制胰脂肪酶（PL）。位于十二指肠的 PL 在将 50-70% 的膳食脂肪水解为单甘油酯和游离脂肪酸方面发挥着重要作用 [4]。这种水解作用由 PL 活性位点处的催化三联体（Ser152-His263-Asp176）催化。如图 S1.0 所示，PL 的晶体结构由两个结构和功能不同的结构域组成，包含 449 个氨基酸，总重量为 46000 Da。N 端结构域（残基 1-335）包含用于甘油三酯水解的催化三联体（Ser152, Asp176, and His263），而 C 端结构域（Ala336-Cys449）参与界面激活和辅脂酶结合 [[5], [6], [7], [8]]。与经典丝氨酸水解酶不同，PL 的活性位点在失活状态下是不可接近的，因为表面环采取闭合构象。酶活化需要发生向开放状态的转变，这由可移动盖子环（Cys237-Cys261）的重定位介导，从而暴露活性位点并使底物结合和氧阴离子穴成为可能。开放构象由 Arg256-Asp257 和 Tyr267-Lys268 盐桥稳定，而 Phe77 和 Leu153 支持活性位点稳定性和催化 Ser152 取向，但它们不属于可移动盖子 [9]。

PL 包含一个氧阴离子穴，用于稳定甘油三酯水解过程中的四面体中间体。催化始于 Ser152 对甘油三酯 sn-1（或 sn-3）位点酯键的亲核攻击，导致酯键断裂 [10,11]。对于奥利司他等共价抑制剂，Ser152 攻击高张力的β-内酯环，导致环开裂并形成稳定的共价加合物，不可逆地使酶失活，直到合成新的胰脂肪酶 [12,13]。尽管奥利司他是一种有效的 PL 抑制剂，但其临床使用受到与脂肪吸收不良相关的已记录的胃肠道不良反应和罕见的严重肝毒性报告的有限，突显了需要开发具有改进安全性概况的更安全的抑制剂 [14]。这些限制促使研究转向分子杂化方法和开发具有改进生物学结果的更安全治疗替代品。尽管之前报道的基于喹唑啉酮的杂化 PL 抑制剂具有令人鼓舞的活性，但其设计主要集中于共价抑制，而经过机制验证的非共价喹唑啉酮 - 吲哚抑制剂的开发在很大程度上仍未被探索 [15]。为了解决这一差距，β-内酯基团可以被极性官能团（如酰胺、脲、氨基甲酸酯、α-酮酰胺、丙烯酸酯和磺酰胺）取代，以实现不形成共价键的可逆抑制。

我们没有筛选随机骨架，而是采用理性设计策略，通过杂化喹唑啉酮和吲哚药效团来开发非共价 PL 抑制剂。在喹唑啉酮环的 2 位引入芳香族和杂芳香族取代基，以增强与 PL 盖子结构域的疏水相互作用。同时，引入氧代乙酰胺片段以促进与催化残基的氢键相互作用。包含一个灵活的丙基连接基，以优化药效团的空间取向，从而促进氧代乙酰胺部分在催化口袋内的有效定位。如图 1 所示，选择喹唑啉酮核作为中心骨架，因其具有卓越的结构多样性和广泛的生物活性。喹唑啉酮类似物已被广泛报道具有抗结核（1）、抗肿瘤（2）、抗疟疾（3）和抗利什曼原虫（4）活性等 [[16], [17], [18], [19]]。这种广泛的生物活性主要归因于该骨架能够通过π-π堆积和疏水接触与 PL 疏水盖子结构域相互作用的能力。在结构上，吲哚环提供了一个富电子芳香体系，能够在 PL 的盖子结构域内实现强疏水和π-π相互作用，从而赋予显著的 PL 抑制活性。这些修饰被认为有利于调节盖子 - 瓣动力学，从而使氧代乙酰胺药效团能够更深入地容纳在催化口袋内，最终增强抑制效力。基于吲哚的衍生物（5, 6, 7, 和 8）已被广泛报道为有效的 PL 抑制剂 [20,21]。此外，设计的类似物结合了一个极性亲电氧代乙酰胺片段，旨在通过可逆氢键和偶极相互作用与亲核 Ser152 残基相互作用，而不永久阻断活性位点。短烷基连接基（C2-C4）因其不可裂解性、合成简便性以及提供构象灵活性的同时保持连接药效团的空间排列能力，在药物化学中被广泛采用。Panecka-Hofman 等人证明，片段杂化策略内的系统性连接基设计能有效调节药效团取向和目标结合，突显了连接基选择在理性药物设计中的重要性 [22]。而 Jordan 等人报道，短烷基间隔基促进精确的片段取向，导致高活性的 BACE-1 抑制剂 [23]。同样，Shaaban 等人强调，通过适当的连接基设计延长链长可以改善药效团片段的空间排列，从而增强分子杂化物的生物潜力 [24]。综上所述，这些研究表明，灵活的烷基连接基在保持各个片段原始结合模式的同时，适应了酶活性位点的几何约束 [25,26]。基于我们之前的乙烯基连接喹唑啉酮 - 吲哚类似物，本研究选择了丙基连接基，以提供额外的构象灵活性并促进氧代乙酰胺片段在 PL 催化口袋内的有利定位。为突显本研究分子杂化策略的新颖性，总结了过去五年报道的代表性研究对比见表 1。因此，采用了一种杂化策略，通过丙基连接基整合药理学相关的喹唑啉酮和吲哚杂环，并将其锚定到氧代乙酰胺片段上。与我们之前报道的共价喹唑啉酮 - 吲哚抑制剂不同，当前的分子设计以开发非共价 PL 抑制剂为目标，通过优化催化口袋内的药效团取向和可逆相互作用来实现。该策略将靶向结构修饰与机制验证相结合，建立了一个新的非共价喹唑啉酮 - 吲哚杂化框架来抑制 PL。设计的类似物被合成并进行实验评估，以验证这种非共价抑制策略及其有前景的 PL 抑制活性。

章节片段
材料与方法
最终类似物是根据图 1 所示的合成路线制备的，所有合成中间体和最终产物的分离产率总结在表 2 中。反应进程通过使用硅胶 60 F254 (Merck) 进行薄层色谱 (TLC) 分析来监测。熔点使用 SRS OptiMelt 自动熔点仪测定，速率为 20 °C/min。IR 光谱使用岛津 IR Prestige 21 FTIR 机器记录。1H 和 13C NMR

合成与表征
最终类似物的合成路线概述于图 1 中。使用之前报道的方法，2-取代喹唑啉酮衍生物 3a-3s 是通过 2-氨基苯甲酰胺 1 与取代苯甲醛 2 反应合成的。反应通过在 DMSO 中于 100 °C 下无金属有氧氧化进行 12-36 小时。在优化反应条件下，取代芳香醛与 2-氨基苯甲酰胺反应，产率为 90-95%。从机制上讲，邻位氨基基团

结论
总之，合理设计并合成了一系列 19 种 2-取代喹唑啉酮 - 吲哚杂化化合物，它们带有丙基连接基和氧代乙酰胺片段，作为有前景的 PL 抑制剂。其中，类似物 10p, 10b, 10c 和 10d 表现出强效的体外 PL 抑制活性，IC??值分别为 6.63, 8.34, 8.62 和 9.84 μM。结构 - 活性关系分析表明，在 2 位

CRediT 作者贡献声明
Utkarsh A. Jagtap: 写作 – 初稿，写作 – 审阅与编辑，方法学软件，数据整理。Atish T. Paul: 写作 – 审阅与编辑，监督，资源，方法学，资金获取，概念化。

数据可用性
补充信息包括所有合成类似物的分析数据，包括 1H 和 13C 光谱和 HPLC 色谱图。

利益冲突
作者声明他们没有已知的竞争经济利益或个人关系，可能会影响本文中报告的工作。

CRediT 作者贡献声明
Utkarsh A. Jagtap: 写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，软件，方法学，形式分析。Devyani R. Pawar: 形式分析，调查，验证，写作 – 审阅与编辑。Atish T. Paul: 写作 – 审阅与编辑，监督，资源，方法学，资金获取，概念化。

竞争利益声明
作者声明没有竞争利益。

致谢
作者感谢比拉技术科学学院，皮拉尼分校（BITS, Pilani），拉贾斯坦邦（印度）为完成拟议工作提供必要的设施。我们感谢印度新 Delhi 科学技术部（DST-FIST）在 BITS Pilani 皮拉尼分校提供 HR-MS 单元。

Utkarsh A. Jagtap|Devyani R. Pawar|Atish T. Paul