阿片和神经肽FF受体多靶点环肽的设计、合成及其药理学活性鉴定

【摘要】：吗啡、芬太尼和羟考酮等经典的阿片类镇痛药已广泛应用于临床疼痛的一线治疗,可有效缓解中、重度疼痛。这些经典的阿片类镇痛药绝大多数为Mu-阿片受体的激动剂,在产生有效镇痛的同时,却常伴随有呼吸抑制、便秘和成瘾等阿片样副作用。特别是近年来,阿片类药物在美国出现过量使用和滥用等现象,被称为“阿片危机”,已演变成“最严重的公共卫生危机”且引起的死亡人数逐年上升。因此,开发低副作用的新型阿片类镇痛药具有重要的科学意义和潜在的应用前景。近年来的研究证实多靶点阿片类激动剂能有效降低耐受和成瘾等阿片样副作用,因此备受关注。神经肽FF(NPFF)是一种内源性的阿片调节肽,对阿片镇痛以及副作用产生复杂的调节作用。在前期的研究中,本课题组已报道了能同时激活阿片和NPFF受体的多靶点分子BN-9和DN-9,中枢或外周给药后在不同的痛模型中其均能产生剂量依赖的镇痛作用,并且耐受、成瘾和便秘等副作用明显降低。药理学研究结果表明,外周注射BN-9和DN-9不能通过血脑屏障,且镇痛作用时间只能持续90分钟。因此,为了进一步提高BN-9和DN-9的成药性,本论文采用多肽环化修饰策略对其进行化学修饰,设计和合成了二硫键环化BN-9类似物、二硫键环化DN-9分子(OFP011)和酰胺键环化DN-9类似物,以期改善其代谢稳定性并延长其镇痛作用时间。在此研究中,采用多肽固相合成方法进行了相关肽类分子的合成,并通过体外c AMP功能实验和体内光热甩尾实验对其进行活性筛选和药理学鉴定。进一步在不同的病理痛模型中对筛选出的优势化合物开展系统性的镇痛药效学评价、初步的药代动力学研究和阿片样副作用评价。已有的研究表明:在各种疼痛模型中,与中枢注射方式相比,外周注射BN-9和DN-9的镇痛作用效价明显偏低,从而暗示着提高多靶点镇痛分子BN-9和DN-9的血脑屏障通透性有助于提升其镇痛活性。在本论文中,以BN-9为化学模板分子,对其进行了二硫键环化修饰。通过在2位和5位引入Cys或D-Cys,设计并合成了BN-9的四个二硫键环化类似物及其对应的四个线性肽类似物。体外c AMP功能实验和体内镇痛活性研究结果显示,这八个类似物均是阿片和NPFF受体的多靶点激动剂,并且均能产生比母肽BN-9更强的无耐受镇痛。值得注意的是,与BN-9相比,优势化合物环化类似物6的体外Mu-阿片受体激动活性提高了7倍,并且其脑质膜酶解稳定性和血脑屏障通透性显著增加,侧脑室和皮下注射类似物6的镇痛作用时间显著延长,可达到240分钟。同时,与传统的阿片镇痛药芬太尼相比,皮下注射最高镇痛剂量的环化类似物6,其镇痛耐受、成瘾、奖赏和便秘等阿片样副作用明显降低。进一步将二硫键环化修饰BN-9而获得优势化合物的策略,应用于多靶点分子DN-9中获得DN-9的二硫键环化修饰类似物OFP011,并对其进行系统的活性研究。体外c AMP功能实验结果表明,OFP011可同时激活阿片和NPFF受体。初步的药代动力学、小动物成像和药理学实验显示:OFP011外周注射后可以有效地穿透血脑屏障。在不同的病理痛模型中,皮下注射OFP011产生中枢Mu-和Kappa-阿片受体介导的长效镇痛作用。并且,皮下注射最高镇痛剂量的OFP011所产生的耐受、便秘、成瘾、奖赏和呼吸抑制等阿片样副作用明显降低。值得一提的是,OFP011在不同的痛模型中都能产生口服镇痛活性。在上述研究基础上,进一步将多肽酰胺键环化修饰策略应用于多靶点分子DN-9中,通过改变2和5位氨基酸残基的L/D-构型、成环的大小等,设计并合成了DN-9的八个酰胺键环化类似物。体外c AMP功能实验结果显示,这些类似物均是阿片和NPFF受体的多靶点激动剂,其中类似物1的Kappa-阿片和NPFF_2受体激动活性相比母肽DN-9分别提高了38倍和6倍。并且,在光热甩尾急性痛模型中,皮下注射这些类似物均介导高效、长效的外周限制性无耐受镇痛作用。令人惊喜的是,这些酰胺环化类似物在急性痛模型中均具有口服镇痛活性。进一步,在小鼠急性、炎症和神经痛等不同病理性痛模型中,口服优势化合物类似物1能产生强效的外周限制性镇痛作用。此外,在有效镇痛剂量下,口服类似物1并未产生明显的耐受、成瘾、便秘、呼吸抑制等阿片样副作用。综上所述,本论文通过二硫键和酰胺键的多肽环化修饰策略获得了一系列阿片和NPFF受体的多靶点激动剂。有趣的是,二硫键环化修饰能提高多靶点分子的血脑屏障通透性,而酰胺键环化修饰的类似物与母体一样都难以通过血脑屏障。所筛选出的优势化合物均能产生高效、长效、低副作用的镇痛活性,值得一提的是,二硫键和酰胺键环化修饰的DN-9类似物均具有口服镇痛活性。因此,阿片和NPFF受体多靶点肽类分子的环化修饰,在保留其多靶点激动剂药理特性的基础上,能有效提高其成药性和镇痛活性,从而可为高效、低副作用的镇痛新药研发提供先导化合物。