基于配体核心跳跃策略发现G蛋白偶联受体183（GPR183）苯并咪唑类拮抗剂

《Molecules》：Development of G Protein-Coupled Receptor 183 Benzimidazole Antagonists Utilizing a Core-Hopping Approach

　　

G蛋白偶联受体183（GPR183，EBI2）因其在神经炎症信号传导中的作用，已成为神经病理性疼痛的一个有前景的治疗靶点。此前，研究人员团队将SAE-14鉴定为一种强效GPR183拮抗剂及用于镇痛药开发的先导骨架。为进一步探索受体拮抗的结构要求，研究人员采用了基于配体的核心跳跃（core-hopping）策略，以鉴定源自SAE-14的新型化学型。虚拟筛选鉴定出一个三取代苯并咪唑骨架作为有前景的候选物以供进一步研究。研究人员合成了一组聚焦的苯并咪唑类似物，并使用钙动员试验评价其对7α,25-二羟基胆固醇（7α,25-OHC）诱导的GPR183激活的抑制作用。若干化合物表现出强效拮抗活性，其中四个类似物相对SAE-14表现出相当效力。活性最强的化合物显示IC₅₀值为15.7、15.8、18.0和19.3 nM。构效关系（structure–activity relationship）研究揭示，富电子芳香取代基和杂芳香部分在该苯并咪唑骨架中均耐受良好。这些发现将苯并咪唑鉴定为GPR183拮抗的新型骨架，扩展了围绕GPR183抑制剂的化学空间，并为未来先导化合物优化努力提供了基础。

神经病理性疼痛是一种慢性致残性疾病，影响约7–10%人群，以痛觉过敏、异常性疼痛、感觉异常和自发性疼痛为特征，源于躯体感觉神经系统损伤或功能障碍。糖尿病发病率上升、接受神经毒性化疗的癌症患者生存改善以及人口老龄化，使其患病率持续增加。尽管已有阿片类、抗惊厥药和抗抑郁药，当前治疗常缓解不足并伴显著不良反应，因此新型非阿片类慢性疼痛治疗仍存在重大未满足需求。神经炎症被认为是神经病理性疼痛发生和维持的主要因素，持续性炎症信号通路激活导致伤害感受器敏化和持续疼痛传递。G蛋白偶联受体183（GPR183），又称Epstein–Barr病毒诱导基因2（EBI2），是该通路中有前景的靶点。GPR183是A类G蛋白偶联受体，主要表达于淋巴组织，也存在于整个中枢神经系统；其主要偶联Gα_i蛋白，调节细胞外信号调节激酶（ERK）、p38丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）和核因子-κB（NF-κB）等免疫与炎症信号通路。这些通路激活可促进与神经病理性疼痛相关的促炎介质产生。研究人员实验室先前通过慢性压迫损伤（CCI）模型转录组分析发现GPR183参与神经病理性疼痛，并证明其内源性配体7α,25-二羟基胆固醇（7α,25-OHC）激活受体后通过MAPK和NF-κB依赖机制促进行为超敏。已报道的GPR183小分子拮抗剂较少：GSK682753A是强效拮抗剂，但代谢稳定性差；NIBR189为高强效拮抗剂，对人源和鼠源GPR183均有纳摩尔活性。这些化合物证明GPR183可作为药物靶点，但也显示受体调节的化学多样性有限，因此需要开发新型口服生物可利用小分子GPR183拮抗剂。基于此，研究人员此前通过基于结构的虚拟筛选鉴定出SAE-1、SAE-10和SAE-14，这些化合物在体外抑制7α,25-OHC诱导的受体激活，在体内逆转CCI诱导的机械性异常性疼痛并抑制7α,25-OHC诱导的机械性异常性疼痛。尽管SAE-1体外效力更高（IC₅₀ = 8.31 nM），但SAE-14因整体药理特征和有利体内疗效被选为支架跳跃模板。支架跳跃是广泛使用的药物化学策略，可替换中央分子框架而保留生物活性所需关键药效团。本研究采用基于配体的核心跳跃工作流程，以SAE-14为模板鉴定新型GPR183拮抗剂化学型，并针对GPR183冷冻电镜结构进行虚拟筛选，发现三取代苯并咪唑骨架。随后研究人员设计、合成并生物学评价了一系列苯并咪唑类GPR183拮抗剂，描述了该新化学型的构效关系。总体而言，该研究证明苯并咪唑是GPR183拮抗的新型骨架，扩展了GPR183抑制剂化学空间，并为未来先导优化提供基础。

关键技术方法方面，研究人员采用基于配体的核心跳跃与结构虚拟筛选，以SAE-14为模板，在酰胺连接子β碳及中心苯胺环1-和3-位定义生长点，使用Schr?dinger Maestro和PDB ID: 7TUY的人GPR183冷冻电镜结构，借助2023 Enamine Building Blocks库（25.5 k化合物）经Ligand-Based core-hopping生成10,000个化合物，再经GLIDE HTVS、SP、XP及Prime MM-GBSA分级筛选。化学上经亲核芳香取代、缩合和催化氢化合成化合物1–8。生物学采用U-937细胞（人前单核细胞、人髓系白血病细胞系）瞬时转染GαΔ6qi4myr，以Indo-1 AM钙动员试验评价对7α,25-OHC诱导GPR183激活的抑制，并用GraphPad Prism 8计算IC₅₀。

研究结果方面，2.1 配体核心跳跃与虚拟筛选：研究人员以SAE-14为模板，定义生长点以替换核心并保留远端药效团；结构基虚拟筛选按预测结合亲和力、关键受体相互作用和合成易得性排序候选物。三取代苯并咪唑因有利预测结合相互作用和合成可行性成为有吸引力候选物。对接提示苯并咪唑占据类似SAE-14的结合区域，同时C2位取代可探索额外受体相互作用。前10骨架中，scaffold 2和scaffold 10因合成性和药代动力学挑战被排除；scaffold 3、4、5、7具有常见“药样”核心，但最终3和5因相似性合并为原型苯并咪唑骨架。原型优化时将吗啉环调整至2位而非3位，原因是起始原料可得性及中间体1更易形成；2位在亲核芳香取代反应中合成挑战更少。研究人员进一步缩短链连接子，改为芳香和杂环结构，并考虑正构结合口袋。关键残基R87^2.60、Y112^3.33、Y116^3.37和Y260^6.51被鉴定为7α,25-OHC识别和受体激活的决定因素；原骨架3和5虽有良好对接分数和结合能，但未保留这些关键残基相互作用。因此类似物设计聚焦于修饰伸入该区域的取代基，最终Scaffold A得到化合物1–8。2.2 合成：4-氟-5-硝基苯-1,2-二胺与吗啉发生亲核芳香取代得Intermediate 1；Intermediate 1与相应醛在三氟甲磺酸铈催化下缩合，得取代硝基苯并咪唑中间体；随后钯碳催化氢化得目标氨基苯并咪唑衍生物化合物1–8。该路线为评价新苯并咪唑骨架构效关系提供了便利平台。2.3 生物评价与构效关系：U-937细胞内源表达GPR183，并被瞬时转染GαΔ6qi4myr，将Gα_i偶联受体信号经磷脂酶C-β（PLCβ）转向可测的胞内Ca²⁺响应；此前GPR183特异性siRNA证明该试验中7α,25-OHC诱导激活和拮抗剂抑制依赖GPR183表达。化合物1–8均显示可测拮抗活性；化合物1、3、5、8效力与母体先导SAE-14（IC₅₀ = 28.5 nM）相当。化合物1为3-甲氧基衍生物，IC₅₀ = 15.8 nM；化合物3为2,4-二甲氧基取代，IC₅₀ = 19.3 nM；化合物5为4-甲硫基取代，是该系列最有效化合物，IC₅₀ = 15.7 nM；化合物2为4-乙氧基，IC₅₀ = 45.7 nM；化合物4为4-乙酰氨基，IC₅₀ = 137.3 nM，提示该区域偏好较小富电子基团；化合物8含氟苯基-呋喃取代，IC₅₀ = 18.0 nM；化合物6含3-吲哚基，IC₅₀ = 237.0 nM；化合物7含5-(邻氟苯基)-2-吡咯基，IC₅₀ = 1211.0 nM。化合物7的Hill斜率较浅，提示非典型浓度-反应曲线，需谨慎解释。化合物6和7含氮取代基，而化合物8含氧杂芳香环；C2位质子供体可能破坏维持效力所需的残基相互作用。多个类似物与SAE-14活性相当，说明苯并咪唑骨架成功重现GPR183拮抗所需药效团，并提供结构不同的化学型。2.4 分子模拟：对接研究显示苯并咪唑骨架采取与SAE-14相似的结合取向，支持支架替换保留关键药效团。活性化合物预测占据正构结合口袋，并与内源配体7α,25-OHC识别相关区域接触。三取代苯并咪唑支持CH-π displaced stacking、π-cation和氢键相互作用网络。芳香相互作用涉及Y112^3.33、Y184^ECL2、H291^7.36和Y260^6.51；氢键涉及R87^2.60及邻近极性残基C104^3.25和T107^3.28。化合物1的苯并咪唑核心和侧链芳香取代基预测与Y184^ECL2和H291^7.36发生多个CH-π相互作用，吗啉氧与R87^2.60保持氢键，苯并咪唑氮与Q287^7.32相互作用。化合物3具有相似相互作用谱，保留Y184^ECL2、H291^7.36和R87^2.60等接触，但预测核心与Y90^2.63发生多个CH-π，而化合物1与Q287^7.32及Y24^N-term相互作用。化合物2、4、5、8共享相互作用模式：与Y112^3.33和Y260^6.51发生芳香相互作用，氨基与C104^3.25和T107^3.28保持氢键，F111^3.32与苯并咪唑核心有多个相互作用。化合物8虽改变远端芳香区位置，仍保留与Y112^3.33、Y260^6.51及C104^3.25、T107^3.28的关键接触。化合物6和7的预测结合模式不同，其氨基或杂芳香氮与E183^ECL2形成氢键，导致关键残基接触丢失，与实验效力降低相符；化合物7未保留与Y184^ECL2、H291^7.36、R87^2.60和Q287^7.32的相互作用网络。芳香部分比原始原型骨架产生更多相互作用，将3,4-二氟链连接子替换为更短富电子芳香取代基可增加与关键残基相互作用。2.5 结论：基于配体的核心跳跃策略成功用于鉴定GPR183拮抗的新型苯并咪唑骨架。对先前报道拮抗剂SAE-14进行虚拟筛选，随后合成并生物学评价聚焦类似物系列，证明苯并咪唑核心有效保留强效抑制GPR183所需药效团特征。若干类似物表现出低纳摩尔活性，化合物1、3、5和8相对SAE-14表现出相当效力。构效关系研究揭示，富电子芳香取代基和杂芳香基序在该骨架中均耐受良好，为控制受体拮抗的结构要求提供有价值见解。总体而言，这些发现确立苯并咪唑作为GPR183抑制的有前景新化学型，并进一步验证支架跳跃是扩展GPR183拮抗剂化学空间的有效方法。未来需要对苯并咪唑化学型的ADME/Tox性质进行研究，以理解该类作为潜在治疗剂。本文所述化合物为未来优化努力提供基础，旨在改善分子性质并推进用于神经病理性疼痛治疗的新型非阿片治疗剂。