苯基异噁唑-喹喔啉杂化物上新对位取代基的合成、α-淀粉酶抑制活性及计算机模拟研究

《Journal of Molecular Structure》：Synthesis, α-Amylase Inhibition Activity and In-Silico Study of New Para-Substituents on Phenylisoxazole-Quinoxaline Hybrids

　　

• •
  以54%–95%的产率合成了12个新型喹喔啉–异恶唑杂化化合物。
• •
  三种苯基异恶唑–喹喔啉衍生物表现出强烈的α-淀粉酶抑制活性。
• •
  化合物3f表现出最高的效力，IC?? = 17.3 μM。
• •
  分子对接、分子动力学和MM-GBSA分析支持了有利的结合模式和复合物稳定性。
• •
  活性衍生物表现出类药性质，突显了其作为抗糖尿病先导化合物的潜力。

引言

在生物活性分子或具有治疗潜力的化合物结构中所含的多种含氮杂环母核中，双环喹喔啉母核凭借其优越性而脱颖而出，这一点从药用化学领域中使用该母核的相关研究数量便可得到证实[1,3,[21], [22],26,29,45]。喹喔啉及其衍生物表现出多种药理学效应，包括细胞毒性、抗寄生虫活性、杀菌活性、抗结核活性、抗疟活性、抗惊厥活性和抗炎活性[62]。据报道，一系列含有喹喔啉母核的N-杂环化合物表现出抗糖尿病效果[11,30,56,62,73]。类似地，异恶唑环内的杂原子提供了与生物靶标有利的氢键供体和受体相互作用，而其芳香性特征有助于增强分子刚性和结合亲和力。多项研究表明，含异恶唑的分子能有效抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶，突显了该母核在新型抗糖尿病药物开发中的重要性[12,24,50,71,79]。

近年来，分子杂化已成为合理药物设计中的重要策略。该方法将两个或多个具有药理活性的母核整合到一个单一的分子框架中，旨在结合它们有利的生物特性，同时提高效力、选择性和药代动力学特征。许多成功的杂化分子展现出比其亲本母核更强的生物活性，使得分子杂化成为先导化合物优化的吸引策略[82]。

尽管已经对喹喔啉和异恶唑衍生物分别进行了广泛的生物学研究，但描述喹喔啉–异恶唑杂化分子作为α-淀粉酶抑制剂的报道仍然非常有限。此外，对于不同电子取代基对喹喔啉环影响的系统研究以及用于解释酶结合的计算机分析尚未得到全面探索。这代表了新型杂环抗糖尿病药物开发中的一个重要研究空白（图1）。

糖尿病是一种普遍的代谢紊乱疾病，与血糖水平异常升高以及胰岛素失调有关[47]。正如各种统计资料所示，糖尿病的疫情蔓延速度令人警惕，已成为全球性威胁[46]。国际糖尿病联盟（IDF）最新研究表明，2021年约有5.37亿成年人患有糖尿病，预计到2045年这一数字将增加至7.83亿[78]。糖尿病与高碳水化合物饮食密切相关，其主要特征是血糖水平升高且得不到有效控制[8,65]。为了克服这一代谢紊乱，必须通过抑制参与碳水化合物吸收的酶来延缓葡萄糖的吸收[60]。在帮助启动碳水化合物消化的最重要酶中，α-淀粉酶（α-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶，EC.3.2.1.1）扮演着关键角色[77]。该酶的作用是将大而复杂的淀粉分子分解为更简单的糖片段，从而促进其通过血脑屏障（BBB）[41,75]。抑制α-淀粉酶酶的作用在于迅速阻断酶的几个亚位点的催化中心，从而延缓碳水化合物的分解，最终降低餐后高血糖[42,49,61]。该过程被认为是干扰碳水化合物吸收和降低血糖水平的有价值的治疗策略[14,38]。

考虑到含有喹喔啉或异恶唑母核的分子所报道的抗糖尿病活性，我们研究组制定了一项策略，即将这两种发色团整合到一个单一的分子结构中并评估其抑制活性。化学信息学的应用正在成为一种现代方法，通过模拟和计算能力来分析和解释生物活性的实验结果，从而探索化学物质之间的结构关系[33]。在一项开创性研究中，一系列通过5步过程快速合成的喹喔啉-异恶唑杂化化合物展现出有趣的抗高血糖活性[64]。

为了提高此类杂化化合物的抗糖尿病能力，我们通过在喹喔啉和苯基异恶唑母核上引入各种取代基扩展了研究（图2(b)）。本文报道了我们的研究成果，包括一系列新型苯基异恶唑喹喔啉-2-胺的合成及其作为α-淀粉酶抑制剂的体外测定。此外，还采用了分子对接模拟等计算机技术，将具有高抑制活性的合成化合物与人类胰腺α-淀粉酶复合物（PDB ID: 2QV4）的活性位点进行对接分析，以深入了解构效关系[54]。最后，利用化学信息学预测了合成杂化化合物的物理化学性质、生物活性评分、类药性和药代动力学特性。

章节摘要

材料

所有化学品均购自Sigma-Aldrich Chemical Co.和Merck（德国）。溶剂按照标准程序进行干燥和蒸馏处理。

仪器

所有核磁共振实验均使用Advance Bruker 500 MHz仪器（Bruker Bioscience, Billerica, MA, USA）完成。数据通过Top Spin 3.6.2软件包进行分析，化学位移以CDCl₃（¹H δ_H 7.26；¹³C δ_C 77.0）中的溶剂信号以及四甲基硅烷（TMS）的δ 0.00 ppm信号作为内标参照。

苯基异恶唑喹喔啉-2-胺杂化化合物对位取代基的合成

新型杂化化合物的合成以2,3-二氯喹喔啉与苄胺在乙醇中于80 °C下的反应开始。该转化通过单取代反应形成苄基-3-氯喹喔啉-2-胺（1a-1f），其区域选择性与我们先前的研究结果一致[43,64]。随后，在70 °C下，化合物1a-1f中剩余的氯原子通过叔丁醇钾（t-BuOK）在DMF中与炔丙醇进行取代反应

结论

在本研究中，我们报道了一系列新的喹喔啉-异恶唑杂化化合物（3a-3l），其中异恶唑母核上连接的苯环带有不同的取代基。这些杂化化合物以中等至高产率（54%-95%）获得。对其抑制α-淀粉酶的生物活性进行了评估。体外结果表明，有三个化合物对该靶标表现出较强的生物活性。值得注意的是，化合物3f是该系列中最有效的，IC₅₀为17.3 μM，

作者贡献

概念设计：M. N. Azmi；方法论：L. Phongphane, M. H. Abu Bakar, M. T. C. Omar, M. K. Abdulwahab和M. N. Azmi；验证：M. H. Abu Bakar, M. T. C. Omar, H. A. Wahab, U. Supratman, M. K. Abdulwahab和M. N. Azmi；形式分析：L. Phongphane, M. H. Abu Bakar, M. T. C. Omar, M. K. Abdulwahab和M. N. Azmi；调查研究：L. Phongphane, M. H. Abu Bakar, M. T. C. Omar, H. A. Wahab, U. Supratman和K. Shibatomi；软件：M. T. C. Omar和M. K. Abdulwahab；资源：M. N. Azmi；撰写——初稿准备

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

资金

本研究由马来西亚高等教育部基础研究拨款（FRGS/1/2023/STG04/USM/02/3）和马来西亚理科大学研究生研究助理项目（PGRA）资助。

未引用参考文献

[9,53,55,68,72,74,84]

补充材料

本研究制备化合物的红外光谱、核磁共振波谱和质谱数据可在网上获取。

CRediT作者贡献声明

Lacksany Phongphane：撰写——初稿，方法论，调查研究，形式分析。Siti Nurshahira Mohd Radzuan：撰写——审阅与编辑。Mohamad Hafizi Abu Bakar：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，验证，监督，方法论，调查研究，形式分析。Unang Supratman：验证，调查研究。Habibah A. Wahab：撰写——审阅与编辑，验证，监督，调查研究。Mohammad Tasyriq Che Omar：验证，软件，方法论，

利益冲突声明

作者声明，他们不存在可能影响本文所报道工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者感谢马来西亚理科大学（马来西亚槟城）、印度尼西亚帕贾贾兰大学、日本丰桥技术科学大学以及加拿大渥太华大学Fabien Gagosz教授。

Lacksany Phongphane|Siti Nurshahira Mohd Radzuan|Mohamad Hafizi Abu Bakar|Unang Supratman|Habibah A. Wahab|Mohammad Tasyriq Che Omar|Kazutaka Shibatomi|Muhammad Kumayl Abdulwahab|Mohamad Nurul Azmi