基于结构的N-烷基化苯并嗪衍生物设计，作为潜在的CETP抑制剂

《Bioorganic Chemistry》：Structure-guided design of N-alkylated benzazepine derivatives as potential CETP inhibitors

　　

• •
  基于Evacetrapib设计的N-烷基化四氢苯并氮杂茚酯类药物被 synthesised。
• •
  通过分子对接和分子动力学（MD）分析，筛选出了具有CETP结合能力的N-烷基化酯类类似物。
• •
  化合物6d在模拟实验中表现出最强的CETP通道紧缩效应。
• •
  化合物6d在CETP活性测试中显示出最高的抑制效果。
• •
  烷基链的延长通过增加疏水性互补性提高了CETP的抑制效果。

引言

心血管疾病（CVDs）仍然是全球范围内导致发病率和死亡率的主要原因[1]。尽管他汀类、依折麦布和PCSK9抑制剂等降脂药物在临床管理上取得了进展，但心血管疾病的发生率仍在上升，发病年龄也在提前[2],[3],[4],[5]。在这种背景下，调节脂蛋白浓度的胆固醇酯转移蛋白（CETP）成为研究的热点[6],[7]。CETP是一种疏水性糖蛋白，它介导中性脂质（如胆固醇酯和甘油三酯）在脂蛋白颗粒之间的转移，从而增加了血液中低密度脂蛋白（LDL，也称为“坏胆固醇”）的浓度[8],[9]。因此，这种蛋白在脂蛋白分布和胆固醇稳态中起着重要作用；针对其功能进行治疗有可能减少致动脉粥样硬化的脂蛋白负担，降低心血管疾病的风险[10],[11]。基于这一假设，多年来对多种小分子的研究表明脂蛋白浓度发生了显著变化，其中一些小分子虽然进入了临床试验，但最终由于非靶效应或临床效果不足而被终止[12],[13],[14],[15],[16],[17]。然而，这些局限性并没有减弱人们对CETP作为治疗靶点的兴趣；相反，它们突显了分子设计、靶点选择性和结构优化的重要性，并指出了需要围绕经过验证的先导结构进一步优化化学空间的必要性，以提高疗效。这一观点促使我们重新审视先进的CETP抑制剂骨架，结合了强大的靶点结合能力和适合药物设计的分子特性。在CETP抑制剂类中，Evacetrapib（1，图1）特别值得关注，因为其骨架具有许多优势，可以在不改变核心药效团——四氢苯并氮杂茚的情况下进行合理修饰。值得注意的是，核心的四氢苯并氮杂茚被认为是一种多功能的生物活性骨架，在包括心血管、中枢神经系统和抗癌等多个治疗领域中得到了广泛的应用[18],[19],[20],[21],[22],[23]。研究发现，分子的核心部分与CETP的结合口袋具有疏水性互补性，而环上的取代基模式可以满足空间需求、构象偏好和亲脂性平衡。具体来说，含有脂肪族官能团的N-取代基侧链可以通过为末端极性基团引入灵活性来影响配体的取向，从而有助于提高靶点识别和整体抑制效果[24]。

基于这一理念，并保持Evacetrapib的苯并氮杂茚骨架的完整性，设计了24种化合物2a-d, 3a-d, 4a-d, 5a-d, 6a-d和7a-d作为研究的一部分（图2），以寻找潜在的类似物。引入N-烷基链长度的变化和末端酯基功能旨在调节配体结构的刚性和灵活性。此外，设计的类似物中保留了meta-三氟甲基（CF₃）取代的芳基部分，因为预计它将在配体识别中发挥重要作用。meta-CF₃基团的存在不仅有利于亲脂性互补性，还能使芳环更好地与CETP结合区域的疏水环境结合。

虽然母体药物Evacetrapib 1（图1）含有末端羧酸基团，但在本研究中考虑使用其相应的酯类衍生物。Evacetrapib的pKa值约为4.34，因此在生理条件下，羧酸主要以去质子化的羧酸盐形式存在[25],[26]。虽然这种离子化状态可能有助于提高在水中的溶解度，但也可能影响其在大部分疏水性的CETP结合通道中的容纳性。对CETP的结构和机制研究表明，中性脂质和CETP抑制剂通过与疏水性中心的通道结合起作用，其中抑制剂的结合受到疏水性、分子大小和亲脂性互补性的强烈影响[27],[28],[29]。本研究还受到我们Nandi等人近期研究的指导，该研究确定了选定功能基团对抑制活性的重要性[30]。因此，我们的工作重点是在经过验证的Evacetrapib骨架上，特别是通过N-烷基化和苯并氮杂茚环第五位的芳基取代来系统地改变单个取代基的位置，以确定N-烷基侧链长度是否以系统和机制上可解释的方式调节CETP的抑制效果。

章节片段

通过分子对接研究调整Evacetrapib骨架以抑制CETP

为了预测设计类似物在CETP结合口袋中的优选结合取向，并在合成前筛选出有潜力的候选物，采用了分子对接研究。通过对上述24种类似物的对接研究，了解靶点结合区域的结构宽容度，以筛选出最有可能表现出显著CETP结合能力的化合物

结论

本研究聚焦于合理的设计、合成和生物评估一系列四氢苯并氮杂茚衍生物作为CETP抑制剂。通过系统地改变N-烷基取代基，发现N-烷基化酯类类似物是一个可行的子类，分子对接研究表明N-取代侧链在疏水性CETP通道中的延长得到了良好的适应。有趣的是，在所有设计的类似物中，化合物

分子对接

为了探索设计的苯并氮杂茚衍生物与CETP的结合潜力，采用了基于结构的分子对接方法。从RCSB蛋白质数据库（PDB ID: 4EWS）中检索到与torcetrapib共结晶的CETP的晶体结构，并将其作为受体模型[28]。从结构中移除了torcetrapib分子，使用得到的蛋白质坐标来制备对接受体。

Sudipta Nandi：撰写——原始草稿、可视化、验证、方法学、研究、数据整理、概念化。Sumit：撰写——审阅与编辑、研究、数据分析。Indrapal Singh Aidhen：撰写——审阅与编辑、监督、资源提供、项目管理。Sanjib Senapati：撰写——审阅与编辑、验证、监督、资源提供、项目管理。

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能会影响本文所报告的工作。

作者感谢IIT Madras的化学系和生物技术系提供的先进基础设施支持。S.N.获得了总理研究奖学金（PMRF）以支持她的研究工作。

Sudipta Nandi|Sumit|Indrapal Singh Aidhen|Sanjib Senapati