CN111741970A - 新型化合物及其作为胱天蛋白酶-2的选择性抑制剂的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种式(I)的化合物:
Figure DDA0002425028060000011
其中P1、P3、P4和P5是氨基酸残基或氨基酸样结构。本发明还涉及式(I)的化合物作为胱天蛋白酶‑2抑制剂的用途及其治疗用途。本发明还涉及式(I)的化合物作为基于活性的探针以选择性地检测胱天蛋白酶‑2活性的用途。

Description

新型化合物及其作为胱天蛋白酶-2的选择性抑制剂的用途
技术领域
本发明涉及可用作胱天蛋白酶-2的选择性抑制剂的新型化合物。本发明还涉及这些化合物的治疗用途以及它们作为针对胱天蛋白酶-2的基于活性的探针(ABP)的用途。
背景技术
胱天蛋白酶是胞内内切蛋白酶家族,其在肽底物的裂解启动时使用半胱氨酸残基。众所周知,它们在炎症调节中具有重要意义,并且通过细胞凋亡在控制程序性细胞死亡中起着至关重要的作用。
胱天蛋白酶分为两大类:参与调节炎症过程的那些胱天蛋白酶(胱天蛋白酶-1、胱天蛋白酶-4、胱天蛋白酶-5、胱天蛋白酶-11、胱天蛋白酶-12)和对细胞凋亡的启动和执行至关重要的那些胱天蛋白酶。细胞凋亡的胱天蛋白酶有两类,即具有长N端前结构域(pro-domain)的“启动子”(胱天蛋白酶-2、胱天蛋白酶-8、胱天蛋白酶-9、胱天蛋白酶-10)和作为细胞凋亡的“执行者”的具有短前结构域(残基20-30)的胱天蛋白酶)(胱天蛋白酶-3、胱天蛋白酶-6、胱天蛋白酶-7)。参与炎症和细胞凋亡启动的胱天蛋白酶具有参与细胞凋亡信号转导的结构单元,例如“死亡效应结构域”(DED)和“胱天蛋白酶募集结构域”(CARD)。这些结构域中的每一个结构域都允许与其他蛋白质配偶体的同型相互作用。
胱天蛋白酶的酶学性质受催化二分体(半胱氨酸、组氨酸)的存在支配,其中半胱氨酸充当亲核试剂以引发肽键的裂解。胱天蛋白酶的活性位点高度保守,其中催化半胱氨酸包含在肽序列QACXG(其中X为精氨酸(R)、谷氨酰胺(Q)或甘氨酸(G))和碱性亚位点S1中,这赋予使得它们对于天冬氨酸残基后的底物裂解具有特异性,这在哺乳动物蛋白酶中是独特的,除了丝氨酸蛋白酶颗粒酶B之外。通常,胱天蛋白酶识别四肽基序,可裂解键的N-端中的P1-P4,分别被酶的亚位点S1-S4识别。天冬氨酸的下游位置(P'1和P'2)也参与了对胱天蛋白酶的识别和特异性。
基于胱天蛋白酶优先识别的底物肽序列将胱天蛋白酶分为三类。第I类胱天蛋白酶(胱天蛋白酶-1、胱天蛋白酶-4和胱天蛋白酶-5)优先识别P4中的疏水残基。虽然第II类胱天蛋白酶(胱天蛋白酶-2、胱天蛋白酶-3、胱天蛋白酶-7)的酶在此位置强烈优先识别天冬氨酸,但第III类胱天蛋白酶(胱天蛋白酶-6、胱天蛋白酶-8、胱天蛋白酶-9、胱天蛋白酶-10)优先识别脂族小链P4。在第II类胱天蛋白酶中,胱天蛋白酶-2具有独特的识别方式;实际上,需要识别P5位的残基(优选亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸或丙氨酸)以发挥其催化活性。胱天蛋白酶-3和胱天蛋白酶-7还以非强制性方式识别P5残基。
最初命名为Nedd-2小鼠中的“神经前体细胞表达发育下调2”和Ich-1(人的“ICE和CED3同源物”),由CASP2基因编码的胱天蛋白酶-2(chr.7q34-q35)是该酶家族中最保守的成员。在人类神经元发育过程中,其活性受到良好的调节。有两种胱天蛋白酶-2异形体:促细胞凋亡的胱天蛋白酶-2(2L)和抗凋亡的胱天蛋白酶-2(2S)。2L异形体是大多数组织中的主要形式,但2S异形体在脑、骨骼肌和心脏中的表达水平相似。
胱天蛋白酶-2充当启动子胱天蛋白酶,其裂解比其他胱天蛋白酶的能力较弱,但能够启动线粒体外膜通透性,并调节多种应激诱导的信号通路,包括热休克、DNA损伤、线粒体氧化应激和细胞骨架破坏。
除了细胞凋亡之外,胱天蛋白酶-2还参与调节氧化应激。例如,老年Casp-2-/-小鼠表现出超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性降低。在某些特定情况下,胱天蛋白酶-2可以充当肿瘤抑制因子。确实,在致癌性应激下(如在Eμ-Myc转基因小鼠模型中),胱天蛋白酶-2缺乏会增强肿瘤发生。一些数据还表明,胱天蛋白酶-2可能抑制自噬(Tiwari M等人,J Biol Chem 2011;286:8493–8506;Tiwari M等人Autophagy 2014;10:1054–1070)。
发现胱天蛋白酶-2的遗传抑制作用对于暴露于缺氧缺血或兴奋性毒性挑战的新生小鼠中具有神经保护作用,表明胱天蛋白酶-2介导的细胞死亡可能有助于围生期脑损伤的病理生理(Carlsson等人,Annals of Neurology 2011,70(5):781-9)。此外,胱天蛋白酶-2的遗传抑制赋予眼神经保护作用(Amhed Z等人,Cell Death Dis.2011Jun 16;2:e173),并且最近发现胱天蛋白酶-2可介导钝性眼损伤后特定部位的视网膜神经节细胞死亡(Thomas CN等人,Invest Ophthalmol Vis Sci.2018Sep 4;59(11):4453-4462)。
在阿尔茨海默氏病的细胞模型中(Carol M.Troy等人The Journal ofNeuroscience,February 15,2000,20(4):1386-1392),胱天蛋白酶-2是由淀粉样肽Aβ诱导的神经元死亡的关键效应子(Ribe EM等人,Biochem J.2012444(3):591-9)。
此外,使用淀粉样前体蛋白转基因小鼠,Pozueta等人(Nat.Commun.2013;4:1939)已经证明:
(i)胱天蛋白酶-2是这种阿尔茨海默病动物模型认知衰退所必需的,
(ii)培养的缺乏胱天蛋白酶-2的海马神经元对Aβ的突触毒性免疫,并且
(iii)胱天蛋白酶-2是激活RhoA/ROCK-II信号通路的关键介质,可导致树突棘塌缩,
因此表明,胱天蛋白酶-2是阿尔茨海默氏病突触功能障碍的关键驱动因素。
还发现胱天蛋白酶-2可直接裂解Tau蛋白,因此似乎与Δtau314的产生有关,Δtau314可能会影响阿尔茨海默氏病和其他Tau蛋白病中注意到的突触功能障碍(Zhao等人Nat.Med.2016)。
胱天蛋白酶-2似乎也与亨廷顿氏病的行为缺陷有关(Caroll等人,Mol.Neurodegener.2011Aug 19;6:59)。
胱天蛋白酶-2也似乎促进肥胖、代谢综合症和非酒精性脂肪肝疾病。实际上,已经表明胱天蛋白酶-2缺陷型小鼠受到保护免于这些病况的侵害(Machado MV等人Cell DeathDis.2016Feb 18;7:e2096)。
第一代胱天蛋白酶抑制剂是可逆地抑制胱天蛋白酶的醛肽。已经开发了一些据称对胱天蛋白酶家族成员具有优先作用的序列,包括Ac-DEVD-CHO(胱天蛋白酶-3和胱天蛋白酶-7的优先抑制剂)和Ac-VDVAD-CHO(胱天蛋白酶-2、胱天蛋白酶-3和胱天蛋白酶-7的优先抑制剂)。
在第二代胱天蛋白酶抑制剂中,醛基已被具有氟甲基酮基(fmk)的α-取代酮所取代。这种抑制剂通过与活性位点半胱氨酸形成加合物来使酶失活。
Z(苄氧基羰基)-VAD-fmk是这一代的广谱抑制剂。这些分子在体内是有毒的,因为氟乙酸酯基团的释放,特别是在肝脏中的释放,导致乌头酸酶的抑制。因此,由于其肝毒性,在临床前阶段就放弃了对具有fmk基团的抑制剂的开发。然后,在本领域中已经合成了多种胱天蛋白酶抑制剂(Poreba等人,Chem Rev.2015Nov 25;115(22):12546-629)。特别地,例如在WO 2005/105829和EP2670774中已经报道了能够抑制胱天蛋白酶-2活性的化合物。但是,这些已知的胱天蛋白酶-2抑制剂相对于胱天蛋白酶-3也具有过高的活性。因此,它们不能作为选择性胱天蛋白酶-2抑制剂。
最近,已经报道了一系列可逆的胱天蛋白酶-2抑制剂。当对人类重组胱天蛋白酶进行体外评估时,发现这些化合物优先抑制胱天蛋白酶-2,但在细胞测定和结构特性方面具有与体内使用不兼容的中等作用(Maillard等人,Biorganic&Medicinal Chemistry 19(2011)5833-5851)。
因此,仍然需要强效的且特别是对胱天蛋白酶-3的活性显著降低的选择性胱天蛋白酶-2抑制剂。特别地,提供用于预防和/或治疗其中涉及胱天蛋白酶-2活性的疾病和/或损伤,例如新生儿脑缺血、心脏缺血和慢性退行性疾病(例如阿尔茨海默氏病)的更具选择性和有效的胱天蛋白酶-2抑制剂,将是非常有利的。
提供用作基于活性的探针以特异性检测胱天蛋白酶-2活性的更有效和选择性胱天蛋白酶-2抑制剂也是非常有利的。
发明内容
本发明的化合物旨在满足这些需求。
因此,根据本发明的一个方面,本发明涉及一种式(I)的化合物或其盐之一:
Figure BDA0002425028040000041
其中:
·Z1和Z2相同或不同,选自氢原子、(C1-C6)烷基和(C1-C6)烷氧基;
-P5选自以下氨基酸残基或氨基酸样结构:
Figure BDA0002425028040000051
-P1和P4相同或不同,选自以下氨基酸样结构:
Figure BDA0002425028040000052
其中Z3和Z4相同或不同,选自氢原子和(C1-C6)烷基;
-P3选自以下氨基酸残基:
Figure BDA0002425028040000053
-R1选自
Figure BDA0002425028040000054
并且
-R2选自:
Figure BDA0002425028040000055
Figure BDA0002425028040000061
其中
·m是0、1或2;
·p是1、2、3或4;
·Z5是卤素原子;
·q是0或1;
·Z6选自(C1-C6)烷基和苯基,所述苯基任选地被氨基取代;
·Z7、Z8和Z11相同或不同,选自氢原子、(C1-C4)烷基、四氢喹啉炔基(tetrahydroquinolynyl)和-(CH2)i-芳基,其中i为0、1或2,所述芳基任选地被1个、2个、3个或4个卤素原子或1个(C1-C4)烷基取代;以及
·Z9和Z10相同或不同,选自卤素原子和(C1-C6)烷基;
所述式(I)化合物为所有可能的外消旋、对映异构体和非对映异构体形式。
经过广泛的研究,本发明人发现这些式(I)化合物作为胱天蛋白酶-2活性的选择性和有效抑制剂,如以下实施例所示。
实际上,本发明的化合物抑制胱天蛋白酶-2比抑制胱天蛋白酶-3有效得多。
特别地,如以下实施例所示,本发明的一些化合物表现出对胱天蛋白酶-2的抑制作用是其对胱天蛋白酶-3的抑制作用的至少两倍、优选至少5倍、更优选至少10倍以及甚至更优选至少15倍。
本发明化合物对胱天蛋白酶-2和胱天蛋白酶-3的抑制作用可以通过使用人重组胱天蛋白酶的动力学方法来评估。对于不可逆抑制剂,使用实施例2中公开的方法确定k失活/KI比。对于可逆抑制剂,确定IC50和ki
而且,这些抑制剂中的一些抑制剂是不可逆的事实是非常有利的,因为这种抑制剂可用于对胱天蛋白酶-2进行延长抑制,仅受正常的蛋白质再合成(也称为转换)正常速率限制。
就本发明而言:
-“胱天蛋白酶抑制剂”意指与没有所述抑制剂下测定的所述活性相比,降低或抑制所靶向胱天蛋白酶活性的化合物。
-“选择性胱天蛋白酶-2抑制剂”意指与降低其他胱天蛋白酶、特别是胱天蛋白酶-3的活性相比,降低胱天蛋白酶-2活性的化合物。
因此,根据第二方面,本发明涉及用作选择性胱天蛋白酶-2抑制剂的本发明化合物。
根据一个实施方式,本发明的化合物的R2基团选自:
Figure BDA0002425028040000071
其中,m、p、q、Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z10和Z11如上所定义。
这些化合物可以被有利地引入药物组合物中。这些化合物可以用作药物。更特别地,它们可以用于预防和/或治疗涉及胱天蛋白酶-2活性的疾病和/或损伤。
为了本发明的目的,术语“预防”是指至少部分地降低给定现象,即,在本发明中,涉及胱天蛋白酶-2活性的疾病和/或损伤的表现风险。部分降低意味着该风险仍然存在,但程度要比实施本发明之前小。
为了本发明的目的,术语“治疗”意指完全或部分治愈给定现象,即,在本发明中,涉及胱天蛋白酶-2活性的疾病和/或损伤,包括降低、最小化或减少所述给定现象。
因此,根据第三方面,本发明涉及一种药物组合物,其包含至少一种本发明化合物和至少一种药学上可接受的赋形剂,其中R2如上所定义。
根据第四方面,本发明涉及用作药物的本发明化合物,其中R2如上所定义。
根据第五方面,本发明涉及用于预防和/或治疗其中涉及胱天蛋白酶-2活性的疾病和/或损伤的本发明化合物,其中R2如上所定义。
根据第六方面,本发明涉及本发明化合物,其用于保护神经元细胞免受Aβ诱导的功能障碍或毒性,特别是针对Aβ诱导的细胞死亡、Aβ诱导的轴突变性、Aβ诱导的电生理功能障碍和/或Aβ诱导的突触丧失,其中R2如上所定义。
根据另一个实施方式,本发明的化合物的R2基团选自:
Figure BDA0002425028040000081
这些化合物可以有利地用作基于活性的探针以选择性检测胱天蛋白酶-2活性。
因此,根据第六方面,本发明涉及本发明化合物作为用于基于活性的探针以选择性检测胱天蛋白酶-2活性的用途,其中R2如上所定义。
在本发明的上下文中,使用以下缩写和经验式:
-Boc 叔丁氧羰基
-℃ 摄氏度
-Me 甲基
-Bn 苄基
-AMC 7-氨基-4-甲基香豆素
-PBS 磷酸盐缓冲盐水
-Ac 乙酰基
-RFU 相对荧光单位
-HEPES 4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙烷磺酸
-DTT 二硫苏糖醇
-EDTA 乙二胺四乙酸
-CHAPS (3-((3-胆固醇氨丙基)二甲基铵基)-1-丙磺酸酯)
DMSO 二甲亚砜
还应该注意的是,在本发明中通过使用上述缩写表示的所有氨基酸样序列中,左取向和右取向是沿氨基末端至羧基末端的常规方向。
因此,很明显,在定义根据本发明的肽样结构的式中,当指示序列为R1-P5P4P3-或-P1-R2时:
(i)P5氨基酸残基或氨基酸样残基的
Figure BDA0002425028040000091
部分与R1连接;
P4氨基酸样残基的该部分与P5氨基酸残基或氨基酸样残基连接;
P3氨基酸残基的该部分与P4氨基酸样残基连接;并且
P1氨基酸样残基的该部分与在R2的相反处的
Figure BDA0002425028040000092
连接,如在式(I)中所示;
并且
(ii)P5氨基酸残基或氨基酸样残基的
Figure BDA0002425028040000093
部分与P4氨基酸样残基连接;
P4氨基酸样残基的该部分与P3氨基酸残基连接;
P3氨基酸残基的该部分与在P4氨基酸样残基的相反处的
Figure BDA0002425028040000101
连接,如在式(I)中所示;并且
P1氨基酸残基的该部分与R2连接;
本发明的其他特征和优点将从描述以及通过非限制性说明给出的以下实施例中更加清楚地显现。
附图说明
图1:用化合物2对淀粉样β肽[1-42]寡聚物毒性的突触保护作用。Co:对照;[Aβ]n:用10nM的淀粉样蛋白β肽[1-42]寡聚物中毒的神经元;Aβ:用10nM的非寡聚(无毒)淀粉样蛋白温育的β神经元;2a:用10nM淀粉样β肽[1-42]寡聚物中毒但用0.1μM或1μM的化合物2对映异构体a预处理的神经元(**p<0.01(Kruskall-Wallis Dunn的事后检验))。
具体实施方式
本发明的化合物
如上所述,本发明的化合物对应于通式(I):
Figure BDA0002425028040000102
其中:
·Z1和Z2相同或不同,选自氢原子、(C1-C6)烷基和(C1-C6)烷氧基;
-P5选自以下氨基酸残基或氨基酸样结构:
Figure BDA0002425028040000103
Figure BDA0002425028040000111
-P1和P4相同或不同,选自以下氨基酸样结构化合物:
Figure BDA0002425028040000112
其中Z3和Z4相同或不同,选自氢原子和(C1-C6)烷基;
-P3选自以下氨基酸残基:
Figure BDA0002425028040000113
-R1选自:
Figure BDA0002425028040000114
并且
-R2选自:
Figure BDA0002425028040000115
Figure BDA0002425028040000121
其中:
·m是0、1或2;
·p是1、2、3或4;
·Z5是卤素原子;
·q是0或1;
·Z6选自(C1-C6)烷基和苯基,所述苯基任选地被氨基取代;
·Z7、Z8和Z11相同或不同,选自氢原子、(C1-C4)烷基、四氢喹啉炔基和-(CH2)i-芳基,其中i为0、1或2,所述芳基任选地被1个、2个、3个或4个卤素原子或1个(C1-C4)烷基取代;以及
·Z9和Z10相同或不同,选自卤素原子和(C1-C6)烷基;
所述式(I)化合物为所有可能的外消旋、对映异构体和非对映异构体形式。
在一个特定的实施方式中,与
Figure BDA0002425028040000122
连接的吡咯烷环的不对称碳原子为(S)构型,而氨基酸样P1、P3、P4和P5的其他不对称α碳为(S)构型。
在又一个特定的实施方式中,与
Figure BDA0002425028040000123
连接的吡咯烷环的不对称碳原子为(R)构型,而氨基酸样P1、P3、P4和P5的其他不对称α碳为(S)构型。
因此,本发明的化合物包含多个不对称碳原子。因此它们可以对映异构体或非对映异构体的形式存在。这些对映异构体和非对映异构体及其它们的混合物(包括外消旋混合物)构成本发明的一部分。
本发明的化合物也可以碱或酸加成盐的形式存在。这些盐可以用药学上可接受的酸制备,但是例如可用于纯化或分离式(I)化合物的其他酸的盐也构成本发明的一部分。
术语“药学上可接受的”是指可用于制备通常安全、无毒且既非生物学上也非其他方面所不期望的药物组合物,并且包括兽用用途和人药学用途上可接受的物质。
本发明的化合物还可以水合物或溶剂化物的形式存在,即以与一个或多个水分子或与溶剂的缔合或结合形式存在。这些水合物和溶剂化物也构成本发明的一部分。
在本发明的上下文中,适用以下定义:
-卤素原子:氟、氯、溴或碘原子。卤素原子可以更特别地是氟原子。
-Ct-Cz:可能包含t到z个碳原子的碳基链,其中t和z的取值范围为1到10;例如,C1-C3是可能包含1-3个碳原子的碳基链。
-烷基:直链或支链的饱和脂族基团,特别是包含1-6个碳原子的形式。可以提及的示例包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基等。
-烷氧基:基团-O-烷基,其中烷基如先前所定义。
-芳基:含有5至10个碳原子、特别是6至10个碳原子的单环或双环芳族基团。作为芳基的示例,可以提及苯基或萘基。优选地,芳基是苯基。
在根据本发明的通式(I)的化合物之中,化合物的亚组由式(II)的化合物或其盐之一构成:
Figure BDA0002425028040000131
其中:
-R1和R2如式(I)所定义;
-Z1和Z2如式(I)所定义;
-R3选自–CH3、–CH(CH3)2、–CH2CH(CH3)2、–CH(CH3)CH2CH3和4-羟苯基;
-A和B相同或不同,选自氮原子和-CH-基;
-R5和R6相同或不同,选自氢原子和(C1-C6)烷基;并且
-R4选自–CH3、–CH(CH3)2、–CH2CH(CH3)2、–CH(CH3)CH2CH3和–(CH2)2CO2H基;
所述式(II)化合物为所有可能的外消旋、对映异构体和非对映异构体形式。
在一个特定的实施方式中,与
Figure BDA0002425028040000141
连接的吡咯烷环的不对称碳原子为(S)构型,而氨基酸样P1、P3、P4和P5的其他不对称α碳为(S)构型。
在又一个特定的实施方式中,与
Figure BDA0002425028040000142
连接的吡咯烷环的不对称碳原子为(R)构型而氨基酸样P1、P3、P4和P5的其他不对称α碳为(S)构型。
优选地,在式(II)中,A和B中的至少一个为-CH基,更优选地A和B都是-CH基。
根据本发明的优选方式,根据本发明的化合物可以具有式(III)或为其盐之一:
Figure BDA0002425028040000143
其中R1和R2如式(I)所定义;
所述式(III)化合物为所有可能的外消旋、对映异构体和非对映异构体形式。
根据另一个优选的实施方式,在式(I),(II)和/或(III)中,R1为:
Figure BDA0002425028040000151
根据另一个优选的实施方式,在式(I),(II)和/或(III)中,R1为:
Figure BDA0002425028040000152
根据另一个优选的实施方式,在式(I),(II)和/或(III)中,R2选自:
Figure BDA0002425028040000153
其中,Z’是氟原子,j是0、1或2。
优选地,R2是:
Figure BDA0002425028040000154
在一个特定的实施方式中,当R2为如上所定义的甲氧基苯基时,苯环被2个、3个、4个或5个卤素原子取代,优选地,所述卤素选自氟原子或氯原子。
根据又一个优选的实施方式,根据本发明的化合物具有至少一个、优选至少三个(S)构型的不对称碳原子。
在一个特定的实施方式中,与
Figure BDA0002425028040000161
连接的吡咯烷环的不对称碳原子为(S)构型,而氨基酸样P1、P3、P4和P5的其他不对称α碳为(S)构型。
更优选地,根据本发明的化合物的所有不对称碳原子为(S)构型。
在又一个特定的实施方式中,与
Figure BDA0002425028040000162
连接的吡咯烷环的不对称碳原子为(R)构型而氨基酸样P1、P3、P4和P5的其他不对称α碳为(S)构型。
在根据本发明的通式(I)的化合物之中,尤其可以提及以下化合物:
Figure BDA0002425028040000163
Figure BDA0002425028040000171
因此,在一个特定的实施方式中,本发明的化合物选自上文指示的化合物1至6。
本发明化合物的制备
本发明的化合物可以通过有机和肽合成来制备。通过肽合成的结构组装属于本领域技术人员的常识,在Linton等人,J.Med.Chem.2005,48,6779-6782中和在Chauvier等人Cell Death Dis 2011,2:e203中描述了进一步的细节。得到本发明化合物的R1、R2、P1、X、P3、P4和P5的前体被引入到该方法的不同步骤中。
前体可以是商业产品,也可以是根据技术人员众所周知的方案进行了官能化的商业产品。进一步的细节可参考“Design of Caspase inhibitors as potential clinicalagents;CRC press;CRC Enzyme inhibitors series,Edited by Tom O'Brien&StevenD.Linton chapter 7by BR Ullman”。
特别地,本发明的实施例1说明了根据本发明的化合物2的制备方案。
应用
如前所述,并通过以下实施例清楚地说明,根据本发明的化合物可用作选择性胱天蛋白酶-2抑制剂。
实际上,如实施例所指出的,尽管它们在所有胱天蛋白酶之中具有最相似的活性位点,但它们对胱天蛋白酶-2的抑制作用比对胱天蛋白酶-3的抑制作用要好得多。结果,它们有效地用于选择性抑制胱天蛋白酶-2。
a)治疗领域
鉴于以上所述内容,在治疗领域中可以使用本发明的化合物,更特别地是其中R2基团选自以下的化合物:
Figure BDA0002425028040000181
Figure BDA0002425028040000191
其中,m、p、q、Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z10和Z11如上所定义。
因此,根据其一个方面,本发明涉及一种其中R2如上所定义的本发明化合物,其用作药物,特别是旨在选择性抑制胱天蛋白酶-2活性的药物。
换句话说,本发明涉及其中R2如上所定义的根据本发明的化合物在制备药物,特别是用于选择性抑制胱天蛋白酶-2活性的药物中的用途。
换句话说,本发明涉及一种包含至少一种其中R2如上所定义的根据本发明化合物的药物,特别是用于选择性抑制胱天蛋白酶-2活性的药物。
因此,根据其另一个方面,本发明涉及一种其中R2如上所定义的本发明化合物,其用于预防和/或治疗其中涉及胱天蛋白酶-2活性的疾病和/或损伤。
换句话说,本发明涉及其中R2如上所定义的根据本发明的化合物在制备旨在预防和/或治疗涉及胱天蛋白酶-2活性的疾病和/或损伤的药物中的用途。
特别地,可以在具有细胞死亡的病理之中,特别是在如下之中选择所述疾病和/或损伤:
-慢性退行性疾病,例如阿尔茨海默氏病或其他Tau蛋白病、亨廷顿氏病和帕金森氏病;
-新生儿脑损伤,特别是新生儿脑缺血;
-创伤性脑损伤;
-肾脏缺血;
-缺氧缺血(H-I)损伤;
-中风样状况脑损伤;
-心脏缺血;
-心肌梗塞;
-肌萎缩性侧索硬化症(ALS);
-视网膜损害;
-眼科疾病,例如钝性眼外伤、缺血性视神经病变和青光眼;
-皮肤损害;
-无菌炎性疾病,例如糖尿病、动脉粥样硬化、心脏缺血、痛风、假痛风、关节松弛、动脉粥样硬化、铝盐引发的综合征、非动脉缺血性视神经病变(NAION)、青光眼和代谢性疾病;
-非无菌炎性疾病,例如细菌感染特别是产生孔形成毒素的细菌感染、流感病毒感染和诸如马拉巴病毒或水疱性口炎病毒(VSV)的单链RNA弹状病毒科感染;
-由病原菌引起的疾病,例如布鲁氏菌(Brucella)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和沙门氏菌(Salmonella);
-血脂异常;
-肥胖;
-代谢综合征;和
-非酒精性脂肪肝疾病。
更特别地,所述疾病和/或损伤选自慢性神经退行性疾病。优选地,它们选自阿尔茨海默氏病,其他已知的Tau蛋白病(如与年龄有关的原发性Tau蛋白病、慢性创伤性脑病、进行性核上性麻痹、皮质基底节变性、额颞叶痴呆、与17号染色体相关的帕金森病、Lytico-Bodig病、神经节胶质细胞瘤和神经节细胞瘤、脑膜血管瘤病、脑炎后帕金森病、亚急性硬化性全脑炎、铅中毒脑病、结节性硬化症、泛酸盐(antothenate)激酶相关的神经变性、脂褐质沉积症)、亨廷顿氏病和帕金森氏病,更具体地是阿尔茨海默氏病。
根据另一方面,本发明涉及一种其中R2如上所定义的本发明化合物,其用于突触保护,更特别地用于预防和/或治疗神经退行性疾病,甚至更特别地用于阿尔茨海默氏病或Tau蛋白病。
在本发明的一个实施方式中,本发明涉及一种选自如上所定义的化合物2、化合物3、化合物4、化合物5和/或化合物6的化合物,其用于预防和/或治疗阿尔茨海默氏病或其他Tau蛋白病。
在另一个实施方式中,本发明涉及如上定义的化合物2,其用于预防和/或治疗阿尔茨海默氏病或其他Tau蛋白病。
在另一个实施方式中,本发明涉及如上定义的化合物3,其用于预防和/或治疗阿尔茨海默氏病或其他Tau蛋白病。
在另一个实施方式中,本发明涉及如上定义的化合物4,其用于预防和/或治疗阿尔茨海默氏病或其他Tau蛋白病。
在另一个实施方式中,本发明涉及如上定义的化合物5,其用于预防和/或治疗阿尔茨海默氏病或其他Tau蛋白病。
在另一个实施方式中,本发明涉及如上定义的化合物6,其用于预防和/或治疗阿尔茨海默氏病或其他Tau蛋白病。
在一个特定的实施方式中,本发明涉及一种如上定义的化合物,其用于预防和/或治疗阿尔茨海默氏病。
在本发明的一个实施方式中,本发明涉及一种选自如上所定义的化合物2、化合物3、化合物4、化合物5和/或化合物6的化合物,其用于预防和/或治疗阿尔茨海默氏病。
在另一个实施方式中,本发明涉及如上定义的化合物2,其用于预防和/或治疗阿尔茨海默氏病。
在另一个实施方式中,本发明涉及如上定义的化合物3,其用于预防和/或治疗阿尔茨海默氏病。
在另一个实施方式中,本发明涉及如上定义的化合物4,其用于预防和/或治疗阿尔茨海默氏病。
在另一个实施方式中,本发明涉及如上定义的化合物5,其用于预防和/或治疗阿尔茨海默氏病。
在另一个实施方式中,本发明涉及如上定义的化合物6,其用于预防和/或治疗阿尔茨海默氏病。
甚至更特别地,如实验部分中所示,其中R2如上所定义的本发明化合物在保护神经元细胞免受Aβ寡聚物诱导的功能障碍或毒性作用方面有效。
根据另一个方面,本发明涉及一种其中R2如上所定义的本发明化合物,其用于保护神经元细胞免受Aβ诱导的功能障碍或毒性作用,特别是针对Aβ诱导的细胞死亡、Aβ诱导的轴突变性、Aβ诱导的电生理功能障碍和/或Aβ诱导的突触丧失。
在本发明的一个实施方式中,本发明涉及一种选自如上所定义的化合物2、化合物3、化合物4、化合物5和/或化合物6的化合物,其用于保护神经元细胞免受Aβ诱导的功能障碍或毒性作用,更特别地针对Aβ诱导的细胞死亡、Aβ诱导的轴突变性、Aβ诱导的电生理功能障碍和/或Aβ诱导的突触丧失。
在另一个实施方式中,本发明涉及如上定义的化合物2,其用于保护神经元细胞免受Aβ诱导的功能障碍或毒性,更特别地针对Aβ诱导的细胞死亡、Aβ诱导的轴突变性、Aβ诱导的电生理功能障碍和/或Aβ诱导的突触丧失。
在另一个实施方式中,本发明涉及如上定义的化合物3,其用于保护神经元细胞免受Aβ诱导的功能障碍或毒性,更特别地针对Aβ诱导的细胞死亡、Aβ诱导的轴突变性、Aβ诱导的电生理功能障碍和/或Aβ诱导的突触丧失。
在另一个实施方式中,本发明涉及如上定义的化合物4,其用于保护神经元细胞免受Aβ诱导的功能障碍或毒性作用,更特别地针对Aβ诱导的细胞死亡、Aβ诱导的轴突变性、Aβ诱导的电生理功能障碍和/或Aβ诱导的突触丧失。
在另一个实施方式中,本发明涉及如上定义的化合物5,其用于保护神经元细胞免受Aβ诱导的功能障碍或毒性作用,更特别地针对Aβ诱导的细胞死亡、Aβ诱导的轴突变性、Aβ诱导的电生理功能障碍和/或Aβ诱导的突触丧失。
在另一个实施方式中,本发明涉及如上定义的化合物6,其用于保护神经元细胞免受Aβ诱导的功能障碍或毒性作用,更特别地针对Aβ诱导的细胞死亡、Aβ诱导的轴突变性、Aβ诱导的电生理功能障碍和/或Aβ诱导的突触丧失。
根据本发明的另一方面,本发明涉及一种用于预防和/或治疗涉及胱天蛋白酶-2活性的疾病和/或损伤的方法,该方法至少包括向有需要的个体施用至少有效量的至少一种其中R2如上所定义的根据本发明的化合物的步骤。
根据另一方面,本发明涉及一种药物组合物,其包含至少一种其中R2如上所定义的根据本发明的化合物和至少一种药学上可接受的赋形剂。
本发明的药物组合物可以更特别地包含有效剂量的至少一种其中R2如上所定义的根据本发明的化合物。
“有效剂量”是指足以在待调节或治疗的病症或损伤中引起阳性修饰但足够低以避免严重副作用的量。有效剂量可能会因要获得的药物效果或所治疗的具体病症、最终用户的年龄和身体状况、所治疗/预防的病症或损伤的严重程度、治疗的持续时间、其他治疗的性质、使用的具体化合物或组合物、给药途径等因素而改变。
其中R2如上所定义的根据本发明的式(I)化合物可以通过本领域中任何可接受的给药方式以有效剂量给药。
在一个实施方式中,该化合物可以用于旨在通过口服、鼻腔、舌下、眼科、局部、直肠、阴道、尿道或肠胃外注射途径给药的组合物中。
给药途径和盖仑制剂将由本领域技术人员根据所需的药物效果进行调整。
治疗制剂领域的普通技术人员在不进行过度实验的情况下并且依赖于个人知识,就能够确定对于给定适应症的治疗有效剂量的本发明化合物。
本发明的药物组合物可以根据剂量、盖伦形式、给药途径等与任何已知的合适的药学上可接受的赋形剂一起配制。
如本文所用,“药学上可接受的赋形剂”包括任何和所有溶剂、分散介质、包衣、抗菌剂和抗真菌剂、等渗剂和吸收延迟剂等。除非任何常规赋形剂与活性化合物不相容,否则考虑将其用于本发明的药物或药物组合物中。
本发明的药物或药物组合物可以是片剂、丸剂、散剂、锭剂、小袋剂、扁囊剂、酏剂、混悬剂、乳剂、溶液、糖浆、气雾剂、喷雾剂、软膏剂、凝胶剂、乳膏剂、棒剂、洗剂、糊剂、软和硬明胶胶囊、栓剂、无菌注射液、无菌包装散剂等。
根据一个实施方式,本发明的药物组合物可以意图与可用于预防和/或治疗疾病病症,特别是阿尔茨海默氏病的药剂(不同于本发明的式(I)化合物)分开、依次或同时施用。
(b)基于活性的探针
本发明的化合物,特别是R2基团选自以下的化合物:
Figure BDA0002425028040000241
可用作基于活性的探针以选择性检测胱天蛋白酶-2活性。
因此,根据其一方面,本发明涉及其中R2如上所定义的根据本发明的化合物作为基于活性的探针(ABP)以选择性检测胱天蛋白酶-2活性的用途。
通过参考以下实施例将更好地理解本发明,仅出于说明性目的而提供所述实施例,其不应解释为以任何方式限制本发明。
实施例
实施例1:根据本发明的化合物2的制备
根据本发明的化合物的合成受到以下所示的化合物TRP601的制备方法的启发:
Figure BDA0002425028040000242
在D.Chauvier等人,Cell Death and Disease(2011)2,e203中描述了TRP601的合成。
例如,本发明的化合物2与TRP601的不同之处在于:
-P1和P4
Figure BDA0002425028040000251
而不是TRP601中的
Figure BDA0002425028040000252
表示;并且
-使用脯氨酸样残基
Figure BDA0002425028040000253
代替TRP601中的
Figure BDA0002425028040000254
因此,通过重复上述文章中公开的步骤以生成TRP601的步骤,获得了化合物2,不同之处在于:
-使用前体
Figure BDA0002425028040000255
代替
Figure BDA0002425028040000256
以引入P1和P4基团;并且
-使用前体
Figure BDA0002425028040000257
代替
Figure BDA0002425028040000258
以引入脯氨酸样的基团,其中吡咯烷环的(R或S)构型的不对称碳原子与
Figure BDA0002425028040000259
连接。
P1和P4的前体已经从可商购获得的(S)-天冬氨酸开始制备,其中胺官能团已经根据技术人员熟知的方案由Boc基团保护。
已经根据Maillard等人,在Bioorganic&Medicinal Chemistry 19(2011):5833-5851中描述的方法获得脯氨酸的前体。
化合物2的其他构建单元以与上述出版物中的TRP601相同的方式引入,即以相同的试剂、相同的条件和相同的量引入。
因此,已经以大于90%的产率获得了化合物2,并且通过HPLC对其进行了表征,其中吡咯烷环的(R或S)构型的不对称碳原子与
Figure BDA0002425028040000261
连接。
实施例2:不可逆抑制剂的胱天蛋白酶-2和胱天蛋白酶-3抑制测定(体外)
可以通过使用以下解释的方案评估作为胱天蛋白酶-2和胱天蛋白酶-3的不可逆抑制剂的本发明化合物的抑制效率。化合物2以及化合物4、5、6是不可逆的抑制剂,因此已进行了评估。
比较化合物Δ2Me-TRP601是已知的II类胱天蛋白酶抑制剂(胱天蛋白酶-2、胱天蛋白酶-3和胱天蛋白酶-7的抑制剂)已通过Chauvier等人,2011Cell Death Dis 2011,2:e203中描述的类似方案进行了评估。
这些经过测试的化合物如下所示:
Figure BDA0002425028040000262
在该实施例中,胱天蛋白酶-2和胱天蛋白酶-3是人重组活性酶,分别由Enzo
Figure BDA0002425028040000263
(ALX-201-057-U100)和R&D
Figure BDA0002425028040000264
(707-C3-010/CF)提供。
在含有20mM HEPES(pH 7.4)、5mM DTT、2mM EDTA、0.1%CHAPS和800mM琥珀酸盐的“胱天蛋白酶-2缓冲液”中,以0.1nM的终浓度使用胱天蛋白酶-2。在含有20mM HEPES(pH7.4)、0.1%CHAPS、5mM DTT和2mM EDTA的“胱天蛋白酶-3缓冲液”中,以0.5nM的终浓度使用胱天蛋白酶-3。
用于酶活性测量的肽底物是由
Figure BDA0002425028040000265
商业化的Ac-DEVD-AMC和Ac-VDVAD-AMC(分别称为ALX-260-031-M005和ALX-260-060-M005)。由于其AMC(7-氨基-4-甲基香豆素)端基的存在,它们具有荧光性。在96孔微孔板中,AMC的释放使得能够随时间追踪荧光单元RFU中的酶促活性。
荧光值是在37℃用装有酶标仪BMG FLUOstar OPTIMA的分光荧光计测量的。该设备由
Figure BDA0002425028040000271
软件驱动,并配备有Peltier效应的热电冷却装置。使用软件
Figure BDA0002425028040000272
对实验数据进行数学分析。
通过确定关于胱天蛋白酶-2或胱天蛋白酶-3的k失活/KI比来评估被测化合物的抑制特性,其中:
-k失活是最大失活速率常数,并且
-KI是解离常数,其根据:
Figure BDA0002425028040000273
其反映了酶的抑制剂亲和力。
因此,比率越高,抑制剂越有效。
根据连续方法测量所述比率(Allison RD.Curr Protoc Protein Sci.2001May;Chapter 3:Unit 3.5.;Chauvier等人,2011Cell Death Dis 2:e203;Tan等人,J Med Chem2015,58:598-312)。
简而言之,在未处理的胱天蛋白酶(对照)或已与测试化合物一起温育的胱天蛋白酶存在下,使用BMG Fluostar酶标仪(黑色96孔微孔板)在37℃最少放置30分钟,通过监测作为时间函数的荧光底物的水解(λ激发=355nm,λ发射=460nm)来确定胱天蛋白酶活性,并从进展曲线的线性部分确定初始速度(V0)。
预先将底物和化合物以10mM溶解在DMSO中,最终溶剂浓度保持在较低的4%(v/v)。使用Mars data Analysis 2.0和Kaleidagraph软件根据实验数据确定V0(相对速度)、KM和IC50
对于作为化合物2的不可逆抑制剂,失活可用最小动力学方案表示,其中E和I是酶和抑制剂的游离形式,E*I是米氏复合物的动力学嵌合体,E-I是共价复合物或失活的酶。
Figure BDA0002425028040000281
使用进展曲线法确定了胱天蛋白酶-2和胱天蛋白酶-3的抑制剂结合亲和力(解离常数,KI)和一级速率常数(k3)参数。通过将实验数据拟合为方程式获得k3/KI比率(F.U.,荧光单位):
Figure BDA0002425028040000282
其中
Figure BDA0002425028040000283
并且
Figure BDA0002425028040000284
使用Kaleidagraph软件进行实验数据到方程式的线性和非线性回归拟合。
确定胱天蛋白酶-2和胱天蛋白酶-3活性的k失活/KI比率
连续测定k失活/KI比率的方法用于评估被测化合物对胱天蛋白酶-2和胱天蛋白酶-3的抑制活性。
通过使酶和缓冲液在37℃温育来制备反应混合物。
以不同的浓度(1/4IC50;1/2IC50;IC50;2IC50;4IC50)制备经测试的抑制性化合物并将其放入微孔板。
然后将包含酶、缓冲液和底物的反应混合物快速加入孔中。
在45至60分钟测量酶的活性。
根据以下方程式跟踪每种浓度的被测分子的RFU(相对荧光单位)=f(时间)曲线:
((((-V0)*(exp(-kobs*m0)))+V0)/kobs*)+RFU0
其中:
-V0对应于被测抑制性化合物浓度为0时的初始速率(RFU.s-1);
-kobs是失活速率常数;
-RFU0是t=0分钟时的荧光值;和
-m0是变量,即抑制剂浓度。
然后使用Kaleigagraph软件调整双曲线中的曲线f([I])=kobs,以便根据以下方程式获得k失活/KI比:
Kobs=k失活x[I]/(KI x[I])
对于化合物2、化合物3、化合物5和化合物6以及Δ2Me-TRP601,如此获得的关于胱天蛋白酶2和胱天蛋白酶3的k失活/KI之比的比较可以鉴别它们的选择性。
表1
Figure BDA0002425028040000291
发现所测试化合物有效抑制胱天蛋白酶-2。
但是,化合物2对胱天蛋白酶-3的反应与Δ2Me-TRP-601完全不同(参见下表2)。
表2
Figure BDA0002425028040000292
ND:无可检测的抑制活性。+++:由于没有检测到对胱天蛋白酶3的抑制活性,因此选择性非常重要(>>1000)。
实际上,化合物2使胱天蛋白酶-2失活比使胱天蛋白酶-3失活更有效,而Δ2Me-TRP-601没有表现出这种选择性。
结论是,化合物2不仅有效抑制胱天蛋白酶-2,而且相对于胱天蛋白酶-3具有选择性地针对胱天蛋白酶-2。有趣的是,值得注意的是,取决于连接到
Figure BDA0002425028040000301
的吡咯烷环的不对称碳原子的构型(R或S),注意到对胱天蛋白酶2的抑制水平非常不同。那么,本发明的化合物提供了中度或强效但高度特异性的胱天蛋白酶2抑制剂(表2),这是特别令人感兴趣的。
实施例3:胱天蛋白酶-2和胱天蛋白酶-3活性检测
为了确定底物对于单个胱天蛋白酶的效率,我们测量k催化/KM比率,该比率说明了催化效率,其中k催化(s-1)是当酶饱和时单位时间内通过各活性位点转化为产物的底物分子的数量或催化常数,而KM是Michaelis-Menten常数(说明酶-底物亲和力),其代表针对v=V最大/2的底物浓度。
将胱天蛋白酶-2(或胱天蛋白酶-3)与单独的抑制剂或适用于该酶和Michaelis-Menten复合物的缓冲液一起,在37℃温育30分钟。当添加缓冲液-底物混合物时,以100μl的总体积触发反应,然后在20分钟内测量酶促活性。使用以下波长检测荧光性AMC基团的释放:λ激发=360nm,λ发射=460nm。
表3
Figure BDA0002425028040000311
↓:酶的裂解位点
通过由方程式1(eq.1)定义的初始速度值(Vi)表征酶活性,其中V最大是酶被底物饱和的速率,[S]是底物浓度。初始速度(此处以RFU.min-1表示)是根据表示形式:f(时间)=RFU的线性部分上的斜率值通过实验获得的,是直接由
Figure BDA0002425028040000312
软件计算的值。
Vi=V最大x[S]/(Km+[S])(方程式1)
将对照获得的初始速度(V0)认为100%酶活性。通过用抑制剂处理后的活性小于100%来表征抑制。根据方程式2(eq.2)计算抑制百分比,其中V0是阴性对照的初始速率,Vi是存在抑制剂时的初始速率。
抑制%=(1–(V0/Vi))x100(方程式2)
实施例4:可逆抑制剂的胱天蛋白酶-2和胱天蛋白酶-3抑制测定(体外)
可以通过使用以下解释的方案评估作为胱天蛋白酶-2和胱天蛋白酶-3的可逆抑制剂的本发明化合物的抑制效率。化合物3是可逆的抑制剂,因此已经进行了评估。
表征抑制剂的第一步是确定其IC50。IC50是使酶活性降低其最大和未抑制值的50%所必需的抑制剂浓度。
将不同浓度的化合物与酶和缓冲液在37℃温育30分钟,以形成酶抑制剂复合物。通过添加缓冲液和底物来引发反应,然后在15分钟内测量活性以确定初始速度。被分析化合物的抑制作用(以%计)(作为其浓度的函数)通常遵循方程式3(eq.3),其转译为双曲线。将方程式输入到Kaleidagraph软件中,以调整曲线f([I])=%抑制,其中[I]是抑制剂浓度,然后获得IC50。
%抑制=100x[I]/(IC50+[I])(方程式3)
可逆抑制剂的评估
通过稀释方法对Ac-VDVAD-CHO、Ac-DEVD-CHO和化合物3分析抑制的可逆性。将酶和抑制剂(或DMSO作为对照)在37℃温育30分钟。将由此形成的复合物在缓冲液/底物混合物中稀释至一百分之一,然后在20分钟内开始活性测量。DMSO所获得的初始速率代表100%活性,将作为对于在抑制剂存在下酶残留活性的定量分析的参考。
为了表征可逆抑制剂,确定解离常数Ki。它说明了抑制剂对酶的亲和力。为此目的,抑制剂关于酶的活性位点与底物竞争。如果在稀释后活性恢复到超过50%,则认为抑制剂是“可逆的”。
将抑制剂与胱天蛋白酶-缓冲液混合物在37℃以不同浓度(1/4IC50、1/2IC50、IC50、2IC50、4IC50)温育30分钟。加入缓冲液-底物混合物后,反应在20分钟内开始。
以RFU.min-1计的初始速度值从AMC标准范围(1RFU→0.02pmol)降低到比活度(SA)值(pmol/min/μg酶)。
作为1/[S]的函数的1/SA比率演变使得可以从方程式4(eq.4)获得所谓的Lineweaver-Burk的双反曲线图,其中V最大app和KMapp是根据抑制类型且作为抑制剂浓度的函数而变化的参数。对于增加抑制剂浓度而获得的线的交叉使得可以区分不同类型的抑制剂。
Figure BDA0002425028040000331
根据作为抑制剂浓度的函数的Lineweaver-Burk图的斜率值获得的二次曲线图,可以得出Ki的值。其值由原点处的横坐标点给出。
通过确定IC50定量化合物对胱天蛋白酶-2和胱天蛋白酶-3的抑制能力。结果如表3(左)所示。在对胱天蛋白酶-2的功效方面,IC50值将化合物3置于参考化合物Ac-VDVAD-CHO(IC50=6.9nM)之后的最前面。除了有效地作用于胱天蛋白酶-2外,化合物3对胱天蛋白酶-3的作用看起来比Ac-VDVAD-CHO(IC50=7.23nM)弱得多。因此,化合物3是胱天蛋白酶2-选择性的。
对抑制机理进行深入研究如下。
初始速度V0由方程式8(eq.8)表示,其中V最大是最大反应速率(当酶被底物饱和时达到),[S]是底物浓度,KM是米氏常数(对应于V最大/2的底物浓度),Ki是解离常数,其说明抑制剂对酶的亲和力。Ki使得量化抑制能力,其值越低,抑制剂越强。
Figure BDA0002425028040000332
从Lineweaver-Burk曲线图数据获得的第二轨迹(secondary track)使得可以确定Ki值。表4(右)列出了各种抑制剂的Ki值以及选择性指数。
表4
Figure BDA0002425028040000333
表5
Figure BDA0002425028040000341
抑制效率用Ac-DEVD-CHO和Ac-VDVAD-CHO参考抑制剂以及P2变异型Ac-VDVAD-CHO衍生物的IC50值表示(表4)。通过Ki常数的值给出抑制的定量,所述Ki常数的值说明了抑制剂对酶的亲和力。较低的值表示对其目标为有效抑制剂。常数比率使得量化选择性(表5),比率越高,抑制剂对胱天蛋白酶-2的选择性越高。
Ki值确认并补充了IC50数据提供的信息。因此,与Ac-VDVAD-CHO相比,化合物3是对胱天蛋白酶-2仍然有效的抑制剂,对胱天蛋白酶-2的选择性显著提高(表5)。
实施例5:针对细胞死亡测定的保护
在该实施例中,使用基于碘化丙锭染色的众所周知的流式细胞术细胞死亡测定法来测试本发明的化合物2针对由长春新碱(长春花生物碱)诱导的细胞死亡的保护作用。
a.细胞模型
为了评估化合物2和化合物3的保护作用,使用了一种胱天蛋白酶依赖性细胞模型。
在该模型中使用了人类HeLa细胞。HeLa细胞(宫颈癌细胞系)获自美国典型细胞保藏中心(ATCC),并在Dulbecco改良的Eagle培养基(DMEM,高葡萄糖,GlutaMAXTM,丙酮酸盐)(Gibco,Life Technologies)中培养,并辅以10%FCS和抗生素(Gibco,LifeTechnologies)。
用长春新碱(Sigma Aldrich)溶液(在水中以5mM稀释)处理人HeLa细胞。长春新碱在某种程度上通过与微管蛋白结合而起作用,阻止细胞在中期分离其染色体;然后将细胞通过胱天蛋白酶依赖性过程进行凋亡。
碘化丙锭(PI)(Sigma Aldrich)用于评估质膜通透性,其指示细胞死亡。
b.处理和标记条件
药理处理前24小时,将HeLa细胞在24孔板中平板培养。然后去除培养基,用PBS洗涤细胞,并在添加长春新碱之前1小时添加包含不同浓度的化合物2或3的新鲜培养基。将细胞暴露或不暴露(对照)于20nM长春新碱中48小时。
将每个孔的内容物收集并添加到PBS中,然后离心(900rpm;5分钟)。
将获得的沉淀物放入300μL包含碘化丙啶的培养基中,并在暗处温育(37℃,5%CO2)5分钟,然后进行流式细胞术分析。
c.细胞分析
然后通过流式细胞术在561nm激发下对细胞进行分析。
使用FACSCalibur细胞仪(Becton Dickinson,San Jose,CA)进行荧光激活的细胞分选。对于每个样品,使用CellQuest ProTM软件(Becton Dickinson)对来自5,000个细胞的数据进行记录和分析。分析包括FSC(前向散射/与细胞的大小有关)和SSC(侧向散射/与细胞粒度有关)参数以及FL-1和FL-3通道。
表6
组合物 细胞死亡指数
化合物2和长春新碱 ++
化合物3和长春新碱 ++
仅长春新碱 ++++
“+”的数量表示在测定中测得的细胞死亡率。“+”的数量越多,在测定中测得的细胞死亡率越高。
碘化丙啶阳性细胞的百分比可估算细胞死亡。
既不含长春新碱又不含抑制剂的对照组合物能够估算自然死亡的细胞数量。
包含长春新碱但没有抑制剂的组合物提供的死细胞总数与自然死细胞和由长春新碱诱导的凋亡细胞的总和相对应。
本发明人清楚地观察到,化合物2和3以剂量依赖性方式保护细胞免受长春新碱诱导的细胞凋亡死亡。
实施例6:预防Aβ神经毒性
a)原代神经元培养
从在补充了0.1%葡萄糖(Life technologies)的冷Gey平衡盐溶液(GBSS,Sigma)中的C57B16/J wt小鼠(Rene Janvier,France)的E16胚胎,对海马结构进行显微解剖。
将解剖的结构用木瓜蛋白酶(在DMEM中为20U/ML,Sigma;St.Louis,MO,USA)消化,并在DNA酶存在下机械解离。然后漂洗海马细胞并将其重悬于DMEM(Life Technologies,Inc.,Gaithersburg,MD,USA)至在补充有B27(1/50)和青霉素/链霉素1%(Gibco)的Neurobasal(Life technologies)和Glutamax(0.1%LifeTechnologies)中为1800万个细胞/ml的终浓度。
然后,如所述(Peyrin等人,2011Lab Chips 11(21):3663;Deleglise等人,2014Acta Neuropathologica Comm.2:145)将这种细胞悬液用于填充微流体腔室的储库。将微流体芯片置于含有H20-EDTA的塑料培养皿中以防止蒸发,并在5%CO2潮湿气氛中于37℃温育。每七天更新一次培养基。
b)Αβ肽寡聚体的制备
根据Stine WB等人(2003)在J Biol Chem 278,pp 11612-11622中所述生产寡聚形式的Αβ1-42(Tocris Bioscience,MN,USA)并且可以如Deleglise B等人在ActaNeuropathol Commun.2014;2:145)中所述通过电子显微镜进行控制。
简而言之,将Αβ1-42冻干肽以1mM溶于1,1,1,3,3,3,-六氟-2-丙醇(HFIP,SigmaAldrich)中。在室温温育30分钟后,将HFIP在化学通风罩下蒸发12小时,然后将肽干燥1小时(在4℃使用Speed Vac)。然后,通过在二甲亚砜(DMSO,Sigma Aldrich)中再溶解获得5mM的Aβ肽储备溶液。为了获得寡聚物,将Aβ肽储备溶液在冷的无苯酚DMEM-F12培养基(LifeTechnologies)中稀释至终浓度为100μM。然后将该溶液在4℃温育24小时。在20000g(10min;4℃)下的离心步骤之后,从上清液中收集可溶性Aβ寡聚物级分,并在-80℃储存直至使用。
c)毒性测定
在微流体室中培养18天后,将海马结构细胞与本发明的化合物一起预温育1小时,然后在无苯酚DMEM-F12培养基中稀释或将海马结构细胞置于在作为对照溶液的无苯酚仅DMEM-F12培养基中。然后用10或100nm的Αβ1-42寡聚物(或仅用无苯酚的DMEM-F12培养基作为对照溶液)将细胞中毒3小时至6小时或24小时。中毒步骤后,将细胞在4%多聚甲醛(PFA,Sigma;St.Louis,MO,USA)中固定20分钟,然后按照以下说明进行标记,以评估突触状态、细胞死亡或轴突变性。
d)免疫荧光
简而言之,在固定步骤之后,将培养细胞用PBS+0.1%叠氮化物洗涤两次,每次5分钟,并用在PBS+0.1%叠氮化物中的0.2%Triton X-100和0.1%BSA(Bovine SerumAlbumin,Sigma)渗透10分钟。然后通过将细胞在PBS+0.1%叠氮化物+1%BSA中温育30分钟来实现饱和步骤。然后加入一抗并将样品在PBS中于4℃温育过夜。然后,将样品用PBS+0.1%叠氮化物漂洗两次,每次5分钟,然后与相应的二抗以及与Alexa Fluor 555偶联的鬼笔环肽在室温一起温育2小时。然后将芯片用PBS+0.1%叠氮化物冲洗两次。
使用了以下抗体:兔多克隆抗MAP-2(AB5622;1/400,MILLIPORE)、小鼠单克隆抗Bassoon SAP7F407;1:400,Enzo LifeSciences)。使用与Alexa 350、488或500(1/500,LifeTechnologies,Inc.,Gaithersburg,MD,USA)偶联的物种特异性二抗。与Alexa Fluor 555(1/500,EnzoLifeTechnologies)偶联的鬼笔环肽用于染色F-肌动蛋白。
e)图像采集
使用装有冷却的CCD相机(CoolsnapHQ2,Ropert Scientific)的Axio-observerZl(Zeiss,Germany)采集图像。由Metamorph和Micro-manager软件控制显微镜。使用ImageJ软件分析图像。
f)结果
在Aβ中毒但未用本发明的化合物预处理的的细胞中,与未中毒的样品相比,在中毒6小时后,注意到抗Bassoon标记显著降低。海马神经元小鼠中树突棘的这种丧失提供了由于Aβ突触毒性引起的神经变性的证据,并导致突触数量显著减少(几乎50%,图1)。此外,在Aβ处理后24小时,注意到没有用本发明化合物预处理的海马神经元的轴突变性。发现本发明的化合物有效地保护海马细胞免受Aβ诱导的细胞死亡、Aβ诱导的轴突变性、Aβ诱导的电生理功能障碍和/或Aβ诱导的突触丧失(表7和图1)。
表7
Figure BDA0002425028040000381
+:对Aβ引起的细胞死亡、Aβ引起的轴突变性、Aβ引起的电生理功能障碍和/或Aβ引起的突触丧失的显著保护作用。
这些实验提供如下证据:能够调节胱天蛋白酶-2活性(表1和5)的本发明化合物有效治疗与Aβ神经毒性有关的疾病或预防与Aβ神经毒性有关的疾病的发生。
结论:
因此,本发明的化合物是用于治疗与由胱天蛋白酶2活性介导的细胞死亡或功能障碍有关的疾病的有价值的化合物。更具体地,发现它们在治疗神经退行性疾病例如阿尔茨海默氏病(AD)(已知Aβ突触毒性在该疾病的病理生理学中起重要作用)方面是有效的。此外,胱天蛋白酶2在本领域中已知介导tau的裂解,其产生Δtau314(发现其隐含于AD的认知衰退中),因此使得本发明的化合物对于其在治疗或预防隐含tau和/或Aβ毒性的疾病方面是有价值的化合物。

Claims (16)

1.一种式(I)的化合物或其盐之一:
Figure FDA0002425028030000011
其中:
·Z1和Z2相同或不同,选自氢原子、(C1-C6)烷基和(C1-C6)烷氧基;
-P5选自以下氨基酸残基或氨基酸样结构:
Figure FDA0002425028030000012
-P1和P4相同或不同,选自以下氨基酸样结构:
Figure FDA0002425028030000013
其中Z3和Z4相同或不同,选自氢原子和(C1-C6)烷基;
-P3选自以下氨基酸残基:
Figure FDA0002425028030000014
-R1选自:
Figure FDA0002425028030000021
并且
-R2选自:
Figure FDA0002425028030000022
其中:
·m是0、1或2;
·p是1、2、3或4;
·Z5是卤素原子;
·q是0或1;
·Z6选自(C1-C6)烷基和苯基,所述苯基任选地被氨基取代;
·Z7、Z8和Z11相同或不同,选自氢原子、(C1-C4)烷基、四氢喹啉炔基和-(CH2)i-芳基,其中i为0、1或2,所述芳基任选地被1个、2个、3个或4个卤素原子或1个(C1-C4)烷基取代;以及
·Z9和Z10相同或不同,选自卤素原子和(C1-C6)烷基;
所述式(I)化合物为所有可能的外消旋、对映异构体和非对映异构体形式。
2.根据权利要求1所述的式(II)化合物或其盐之一:
Figure FDA0002425028030000031
其中:
-R1和R2如根据权利要求1所述的式(I)所定义;
-Z1和Z2如根据权利要求1所述的式(I)所定义;
-R3选自-CH3、-CH(CH3)2、-CH2CH(CH3)2、-CH(CH3)CH2CH3和4-羟苯基;
-A和B相同或不同,选自氮原子和-CH-基;
-R5和R6相同或不同,选自氢原子和(C1-C6)烷基;并且
-R4选自-CH3、-CH(CH3)2、-CH2CH(CH3)2、-CH(CH3)CH2CH3和-(CH2)2CO2H基;
所述式(II)化合物为所有可能的外消旋、对映异构体和非对映异构体形式。
3.根据权利要求2所述的式(II)化合物,其中A和B中的至少一个为-CH基,优选地,A和B都是-CH基。
4.根据前述权利要求中任一项所述的式(III)化合物或其盐之一:
Figure FDA0002425028030000041
其中R1和R2如根据权利要求1所述的式(I)所定义;
所述式(III)化合物为所有可能的外消旋、对映异构体和非对映异构体形式。
5.根据前述权利要求中任一项所述的化合物,其中R1是:
Figure FDA0002425028030000042
6.根据前述权利要求中任一项所述的化合物,其中R2选自:
Figure FDA0002425028030000043
其中,Z’是氟原子,j是0、1或2;
并且优选地,R2是:
Figure FDA0002425028030000051
7.根据前述权利要求中任一项所述的化合物,所述化合物具有至少一个(S)构型的不对称碳原子,优选地至少三个(S)构型的不对称碳原子,更优选地全部的(S)构型的不对称碳原子。
8.根据前述任一项权利要求中任一项所述的化合物,所述化合物选自:
Figure FDA0002425028030000052
Figure FDA0002425028030000061
9.根据前述权利要求中任一项所述的化合物,所述化合物用作选择性胱天蛋白酶-2抑制剂。
10.一种药物组合物,包含至少一种根据权利要求1至8中任一项所述的化合物和至少一种药学上可接受的赋形剂,其中R2选自:
Figure RE-FDA0002570147090000062
其中,m、p、q、Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z10和Z11如根据权利要求1所述的式(I)所定义。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的化合物,所述化合物用作药物,
其中R2选自:
Figure FDA0002425028030000071
其中,m、p、q、Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z10和Z11如根据权利要求1所述的式(I)所定义。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的化合物,所述化合物用于预防和/或治疗其中涉及胱天蛋白酶-2活性的疾病和/或损伤,
其中R2选自:
Figure FDA0002425028030000072
其中,m、p、q、Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z10和Z11如根据权利要求1所述的式(I)所定义。
13.根据权利要求12所述的化合物,所述化合物用于预防和/或治疗细胞死亡的病状,特别是用于慢性退行性疾病例如阿尔茨海默氏病或其他tau蛋白病、亨廷顿氏病和帕金森氏病;新生儿脑损伤,特别是新生儿脑缺血;创伤性脑损伤;肾脏缺血;缺氧缺血(H-I)损伤;中风样状况脑损伤;心脏缺血;心肌梗塞;肌萎缩性侧索硬化症(ALS);视网膜损害;眼科疾病,例如钝性眼损伤、缺血性视神经病变和青光眼;皮肤损害;无菌性炎性疾病,例如糖尿病、动脉粥样硬化、心脏缺血、痛风、假痛风、关节松弛、动脉粥样硬化、铝盐引发的综合征、非动脉缺血性视神经病变(NAION)、青光眼和代谢性疾病;非无菌炎性疾病,例如细菌感染特别是产生孔形成毒素的细菌的感染、流感病毒感染和诸如马拉巴病毒或水疱性口炎病毒(VSV)的单链RNA弹状病毒科病毒感染,;由病原菌引起的疾病,所述病原菌例如布鲁氏菌、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌;血脂异常;肥胖;代谢综合征;和非酒精性脂肪肝疾病。
14.根据权利要求13的化合物,所述化合物用于预防和/或治疗阿尔茨海默氏病。
15.根据权利要求12所述的化合物,所述化合物用于保护神经元细胞免受Aβ诱导的功能障碍或毒性作用,特别是针对Aβ诱导的细胞死亡、Aβ诱导的轴突变性、Aβ诱导的电生理功能障碍和/或Aβ诱导的突触丧失。
16.根据权利要求1至8任一项所述的化合物作为基于活性的探针以选择性检测胱天蛋白酶-2活性的用途,其中R2选自:
Figure FDA0002425028030000081
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