新合成的吡喃并吡唑类烟酰胺衍生物作为强效抗炎剂： 通过计算机模拟（in-silico）、体外实验（in-vitro）和体内实验（in-vivo）进行研究

《Bioorganic Chemistry》：Newly synthesized pyranopyrazole nicotinamides derivatives as potent anti-inflammatory agents: In-silico, in-vitro, and in-vivo studies

本文合成了新型吡喃吡唑烟酰胺衍生物4a-f，通过IR、NMR等光谱技术确认结构，利用QSAR和分子对接分析其抑制NF-κβ信号通路的能力，体外实验表明4d具有最佳抗炎活性，动物实验证实其安全性和抗炎效果，为新型NSAIDs开发提供依据。

　　

Hala F. Rizk | Doha M. Beltagy | Seham A. Ibrahim | Hadeer M. El-Sayed | Amira K. Fares | Maha M. Salem

埃及坦塔大学理学院化学系，坦塔31527

摘要

炎症是许多病理状况中常见的临床现象，也是导致器官功能障碍的主要因素。非甾体抗炎药（NSAIDs）是一类具有抗炎效果的药物，但同时也伴随着显著的不良反应。因此，为了寻找副作用更低的新型非甾体抗炎剂，本文报道了新型吡喃吡唑烟酰胺衍生物（4a-f）的合成方法。通过多种光谱技术（红外光谱、1H核磁共振、13C核磁共振和质谱）阐明了其化学结构。通过计算机模拟（in-silico）分析评估了这些新合成的吡喃吡唑烟酰胺衍生物抑制炎症反应的能力，重点关注NF-κβ信号通路。此外，还通过体外实验（in-vitro）测量了这些化合物的抗溶血性和蛋白质变性活性来验证其抗炎效果。结果显示，化合物4d在分子对接（molecular docking）分析中的结合能最高，为-9.4578 kcal/mol，因此被选为进一步进行体内研究（in-vivo）的对象，并在体外实验中表现出最佳的抗炎效果。使用卡拉胶诱导的大鼠足部水肿模型，所有炎症生物标志物（TNF-α、IL-6、INF-γ、NF-κβ、CRP和ESR）在用化合物4d处理后均显著恢复到接近正常水平。此外，即使在高剂量下，化合物4d对肝脏和肾脏也没有表现出毒性作用，因此可以认为它是一种新型、安全且有前景的抗炎候选药物。

引言

炎症是免疫系统对有害刺激（如受损细胞、病原体、有毒化合物或辐射）的有效防御机制，它通过启动愈合过程来发挥作用[1]。炎症过程包括由血管通透性变化、白细胞招募和积聚（白细胞浸润）引发的化学信号级联反应，进而导致水肿和炎症介质（尤其是细胞因子）的释放，表现为红肿、发热、疼痛和组织功能障碍等典型症状[2]。 卡拉胶是一种从红藻中提取的天然物质，常用于食品和饮料中以增加稠度、乳化并延长保质期。卡拉胶引起的大鼠足部水肿模型是评估急性炎症引起的血管变化相关介质作用的有效工具。由于多种介质的协同作用，大鼠后足部在注射卡拉胶后出现的水肿发展被描述为一个双相过程[3]。 转录因子NF-κβ调控免疫系统的先天性和适应性反应，其在介导炎症反应中起着关键作用。许多促炎基因（包括编码细胞因子和趋化因子的基因）的激活以及炎症小体（inflammasomes）的调节都受到NF-κβ的调控。多种炎症性疾病的病理过程都与NF-κβ的异常激活有关[4]。 非甾体抗炎药（NSAIDs）具有显著的治疗效果，但临床研究表明，长期使用可能会引发毒性和不良反应[5,6]，如药物过敏反应、心肌梗死风险、胃肠道损伤、出血和溃疡[7,8]。因此，寻找新的NSAID药物具有重要意义。 吡唑酮（pyrazolone）和吡喃吡唑（pyranopyrazole）类化合物因其多样的生物学、药理学和化学性质而备受关注。过去几十年中，吡唑酮和吡喃吡唑衍生物已被广泛应用于各种生化研究[9, [10], [11], [12], [13]]。其中一些化合物（如甲米唑、苯唑酮、氨基吡啉和丙基苯唑酮）被用作镇痛药和抗炎药[14,15]。 本研究的目的是合成一系列新的吡喃吡唑烟酰胺衍生物，并通过计算机模拟（in-silico）、体外实验（in-vitro）和体内实验（in-vivo）研究来探究其抗炎特性。这为开发NF-κβ抑制剂提供了新的思路，并为未来的NSAID药物设计指明了方向。

化学试剂与仪器

Sigma-Aldrich公司提供了分析级试剂，这些试剂未经进一步纯化直接使用。熔点数据采用Gallenkamp熔点仪测定，未进行校正。使用Perkin-Elmer FT-IR 1430光谱仪通过KBr盘技术获取傅里叶变换红外光谱（FT-IR）。Bruker AC光谱仪（300 MHz）用于在二甲基亚砜（DMSO-d6）环境中记录1H核磁共振（NMR）光谱。

化学过程

在本研究中，合成了新型吡喃吡唑烟酰胺衍生物作为抗炎药物。首先，根据我们之前发表的协议[33]，通过以下方法制备了起始化合物：1-(2,4-二硝基苯基)-3-(噻吩-2-基)-1H-吡唑-5(4H)-酮（1）、[4]-4-((芳基)亚甲基)-1-(2,4-二硝基苯基)-3-(噻吩-2-基)-1H-吡唑-5(4H)-酮（2a-b）和6-氨基-1-(2,4-二硝基苯基)-4-芳基-3-(噻吩-2-基)-5-取代-1,4-二氢吡喃[2,3-c]吡唑（3a-f）。

结论

通过将吡喃吡唑骨架与烟酸缩合，合成了一系列新的吡喃吡唑烟酰胺衍生物，并通过多种光谱方法对其进行了验证。基于计算机模拟（in-silico）分析，化合物4d因能够抑制主要的炎症转录因子NF-κβ而被选中。体外实验（in-vitro）进一步证实了化合物4d的抗炎活性。

作者贡献声明

Hala F. Rizk：撰写、审稿与编辑、方法论设计、概念构思。 Doha M. Beltagy：撰写、审稿与编辑、方法论设计、概念构思。 Seham A. Ibrahim：撰写、审稿与编辑、方法论设计、概念构思。 Hadeer M. El-Sayed：撰写、审稿与编辑、方法论设计、概念构思。 Amira K. Fares：撰写、审稿与编辑、方法论设计。

参与声明

作者声明他们参与了本研究。

出版同意

作者同意发表本研究结果。

资金支持

本研究未获得公共部门、商业机构或非营利组织的任何特定资助。

利益冲突声明

作者声明以下可能的利益冲突：Maha M. Salem报告称，坦塔大学提供了实验所需的设备、药品或试剂、统计分析支持以及写作协助；她与坦塔大学存在雇佣关系。Maha M. Salem没有正在申请的专利。如果还有其他作者，他们也声明不存在已知的利益冲突。