1、醛糖还原酶抑制剂 Fidarestat 衍生物的合成与生物活性段瑞平，王栋，朱长进 （北京理工大学化工与环境学院，北京，100081）摘 要：目的 开发一系列更为有效的醛糖还原酶抑制剂（ARIs） 。方法 Fidarestat 是一个非常有潜力的 ARIs，本文基于 Fidarestat 的结构，经过 C-2 位修饰，设计并合成了一系列新的 ARIs。结果 当 C-2 位修饰氢键给体基团羟基时最有效（所合成的化合物 4 抑制性最强，IC50 = 0.42 M） 。结论 新的 ARIs 可以通过改变 Fidarestat 的 C-2 位取代基的方法设计合成。关键词：醛糖还原酶抑制剂；fidare
2、stat 衍生物；合成；生物活性Synthesis and Bioactivity of Aldose Reductase Inhibitor Fidarestat DerivativesDUAN Rui-ping, WANG Dong, ZHU Chang-jin(School of Chemical Engineering and Environment , Beijing Institute of Technology , Beijing 100081 , China)Abstract: Objective A series of more effective ARIs have bee
3、n developed. Methods Fidarestat was reported to have more potent and beneficial effects on sorbitol accumulation and diabetic neuropathy. A series of derivatives modified at C-2 position have been designed and synthesized which are based on the structure of Fidarestat. Results The compound possessin
4、g substituent with a terminal hydroxyl group on the carbamoyl at C-2 position showed the most significant inhibition activity (compound 4, IC50 = 0.42 M). Conclusion The new ARIs can be designed and synthesized by the method of modifying at C-2 position of Fidarestat.Key words: aldose reductase inhi
5、bitors; Fidarestat derivatives; synthesis; bioactivity随着世界人口的老龄化，糖尿病（diabetes mellitus，DM）已经成为一种常见病、多发病，而持续的糖尿病将引起多种慢性并发症。尽管糖尿病并发症的机制仍不很清楚，但是通过对糖尿病患者多元醇代谢通路异常的研究 1，认为细胞组织中山梨醇的蓄积是组织结构、功能改变，导致糖尿病并发症的重要原因。大量动物实验和临床研究表明，醛糖还原酶抑制剂（ARIs）可以有效地改善糖尿病患者多元醇代谢通路异常，从而达到预防和延缓糖尿病并发症的目的。Fidarestat 化学名为(2S, 4S)-(+)-6
6、-氟-2 H,3H-2,5-二氧代螺 4H-苯并b 吡喃-4,4- 咪唑啉-2-酰胺，是由日本三共公司研发的第二代海因类 ARIs，主要用于治疗糖尿病引起的神经系统并发症。该药具有活性高、选择性强、作用时间长等特点。目前已有报道 2，3 证明 Fidarestat 与人体醛糖还原酶（AR）具有较强的结合作用：（1）吡喃环与 Trp20, Trp111, Phe122, 和 Trp219 的侧链有疏水性相互作用；（2）螺海因环上的两个羰基与 AR 通过亲水作用形成两个氢键；收稿日期：2008 - 9 -作者简介：段瑞平（1984） ，女，硕士研究生*通讯作者：朱长进（1958） ，男，教授，E-
7、mail: （3）螺海因环 1位的 N 原子与 His110 的 N2 之间的距离为 2.8 ，也可形成氢键；（4）甲酰胺位羰基氧原子与 Leu300 主链的 N 原子形成了氢键。基于上述分析，预计在 C-2 位的甲酰胺基上连一些氢键给体基团可能会形成更强的ARIs。本文以 Fidarestat 为母体结构，对其 C-2 位甲酰胺基进行衍生，设计合成一系列新的醛糖还原酶抑制剂，试图达到更佳的抑制效果。1 合成路线根据参考文献 4，以马来酸酐和对氟苯甲醚为起始原料，经过七步合成化合物Fidarestat。以其第六步中间产物为母体原料（1） ，如图 1 所示，设计合成目标化合物 2-5。FONHH
8、OOOFONHHHNNH2OOO FONHHHNOOOFONHHHNOOOFONHHHNOHOOO12 34 5 NH2ac bd FONHHNH2OOOFidarestaNH3试剂与条件：(a)NaH ，EtOH，NH 2CH2CH2NH2；(b) NaH，EtOH ，NH 2CH2CH2CH3；(c) NaH，EtOH ，NH 2CH2CH2OH；(d) NaH，EtOH ，NH 2CH2 (CH2)4CH2NH2图 1 化合物 2-5 的合成Fig. 1 Synthesize the compound 2-52 实验部分2.1 主要材料与仪器主要材料为马来酸酐，对氟苯甲醚，马来酸酐，1,
9、2-乙二胺，正丙胺，1,6- 己二胺，磷酸二氢钠，磷酸氢二钠，NADPH，甲醇，乙醇，均为分析纯。主要测试仪器：JEOL 公司 JNM-AL300 型（300MHz）核磁共振波谱仪，Bruker ESQUIRE3000 型质谱仪（ESI） ，VG ANALYTICAL 公司 VG-ZAB-HS 型（R p = 1000）质谱仪（FAB ） ，API III triple quadruple mass spectrometer (PE-Sciex) 质谱仪（API） ，瑞利 UV-1201 紫外分光光度计。2.2 合成实验2.2.1 化合物 2、3 和 5 的通用合成方法将 NaH (1.35
10、mmol, 60%含量 )，1,2-乙二胺或正丙胺或 1,6-己二胺(1.24 mmol）溶于无水甲醇中，室温搅拌 1 h 后加入原料 1 (0.62 mmol)开始反应，室温搅拌 14 h。停止反应后减压蒸去溶剂，对粗产品进行柱层析纯化得到淡黄色粉末，即为产品。2.2.2 化合物 4 的合成方法将 NaH (8.8 mmol, 60%含量) 溶于无水甲醇中，然后向其中逐滴加入乙醇胺 (8 mmol)。室温搅拌 1 h 后，加入原料 1 (4 mmol)开始反应，室温搅拌 12 h 后浓缩到 1/10 体积，用稀盐酸调酸性到 pH=56，过滤出固体并用水洗涤。乙酸乙酯萃取母液，无水硫酸钠干燥有
11、机相，减压蒸干后的固体与滤出的固体合并，乙醇重结晶，得到化合物 4。2.3 生物活性测定根据已报道文献 5，6 ，从老鼠（SD 型雄性大鼠，200g 左右）眼球晶状体中提取 AR，并分别对化合物 2-5 进行醛糖还原酶抑制活性（ ALR2）的测试，并以 Fidarestat 作为阳性对照。测定化合物在不同浓度条件下的抑制率，并计算其 IC50。3 结果与讨论对新合成的化合物 2-5 进行体外 ALR2 活性测试，以 Fidarestat 作为对照化合物，如表1 所示。表 1 化合物 Fidarestat, 2-5 体外 ALR2 活性测试结果Tab. 1 ALR2 activity of th
12、e compound 2-5 and FidarestatFONHHOOOR抑制百分数 (%)化合物 R10-8 M 10-7 M 10-6 M 10-5 M 10-4 MIC501)2 CH2CH2NH2 0 0 0 9 37 1003 CH2CH2CH3 0 0 8 46 74 174 CH2CH2OH 13 36 40 81 -3) 0.425 CH2 (CH2)5NH2 0 2 10 47 75 14Fidarestat H 38 52 64 70 -3) 0.0882)1) IC50 (M) (95% C.L.) 2) 在我们实验体系中所测得的值3) 没有在该浓度下测量由上表可以看到
13、，化合物 4 生物活性最强，IC50 达到了亚微摩尔级，明显高于其它化合物。化合物 2、3 与 4 链长相同，只是取代基末端不同。化合物 3 取代基末端为烷基，没有氢键给体基团，不能与 AR 形成更多的氢键，活性大大低于 4；而化合物 2 取代基末端是氨基时活性也低于 4，这是由于氨基是比羟基弱的氢键给体基团。这些都与设想相一致。但是，化合物 2 的活性比 3 低出乎了我们的意料。化合物 2 的末端是氢键给体，总是有可能与 AR 形成氢键，活性应当优于 3。但实验结果却并非如此，其原因仍然在研究当中。有趣的是取代基末端同样是氨基的化合物 5 活性明显优于化合物 2，它们的区别仅仅是碳链长度不同
14、。这些可能提示我们，化合物与 AR 作用时，在其活性部位附近可能存在第二非活性部位。由于化合物 5 的长度长于 2，可能已经延伸出 AR 活性部位，而指向了第二非活性部位，与周围的氨基酸残基形成氢键，起到固定化合物作用，增强了化合物活性基团与 AR 活性部位的作用，使化合物 5 活性明显优于化合物 2。这些结果都为下一步研究中设计目标化合物结构提供了新的思路。一方面，优化化合物结构，使其与 AR 活性部位作用更强；另一方面，可以同时考虑增强化合物与第二非活性部位的作用，并将两者结合起来，希望能够得到活性更优的醛糖还原酶抑制剂。参考文献：1 Tomlison D R, Stevens E J,
15、Diemel L T. Aldose Reductase Inhibitors and Their Potential for the Treatment of Diabetic ComplicationsJ. Trends Pharmacol. Sci., 1994, 15: 293-297.2 Oka M, Matsumoto Y, Sugiyama S, et al. A Potent Aldose Reductase nhibitor, (2S,4S)-6-Fluoro-2,5-dioxospirochroman-4,4-imidazolidine-2-carboxamide (fid
16、arestat): Its Absolute Configuration and Interactions with the Aldose Reductase by X-ray CrystallographyJ. J. Med. Chem., 2000, 43: 2479-2483.3 Petrova T, Steuber H, Hazemann I, et al. Factorizing Selectivity Determinants of Inhibitor Binding toward Aldose and Aldehyde Reductases: Structural and The
17、rmodynamic Properties of the Aldose Reductase Mutant Leu300Pro-fidarestat ComplexJ. J. Med. Chem., 2005, 48: 5659-5665.4 Kurono M, Kondo Y, Yamaguchi T, et al. Hydantoin derivatives for treating complications of diabetesJ. U.S. Patent, 5, 447, 946, 1995 Sep 5.5 Settimo F D, Primofiore G., Settimo A
18、D, et al. Novel, Highly Potent Aldose Reductase Inhibitors: Cyano (2-oxo-2,3-dihydroindol-3-yl) acetic Acid DerivativesJ. J. Med. Chem., 2003, 46: 1419-1428.6 Concettina L M, Stefania S, Laura M, et al. Pyrido1,2-apyrimidin-4-one Derivatives as a Novel Class of Selective Aldose Reductase Inhibitors Exhibiting Antioxidant ActivityJ. J. Med. Chem., 2007, 50: 4917-4927.
