二氯联苯衍生物抑制剂的设计、合成及其对前蛋白转化酶Furin的抑制作用研究

研究设计并合成了新型非肽类furin抑制剂，通过结构优化发现化合物27对furin的抑制常数（K_i）低至1.7 nM，并显著抑制PC7（K_i=7.3 nM）。晶体结构分析揭示抑制剂与furin的 cryptic pocket结合，且化合物41通过盐桥和氢键增强结合稳定性。抗病毒实验表明，化合物9在5 μM浓度下对H7N7流感病毒SC35M抑制效果显著，但较已知的肽类抑制剂MI-1851效果较弱。该系列抑制剂为开发新型抗病毒及抗纤维化药物提供候选分子。

　　
该研究聚焦于开发新型非肽类furin抑制剂，旨在提升其抗病毒及抗纤维化疾病的临床应用潜力。Furin作为丝氨酸蛋白酶家族的核心成员，通过激活病毒糖蛋白（如流感病毒HA蛋白）和细胞内信号通路蛋白（如CFTR相关通道），在多种病理过程中发挥关键作用。针对传统肽类抑制剂存在生物利用度低、细胞穿透性差的问题，研究者基于已知的非肽类抑制剂BOS-318结构，设计并合成了系列新型化合物，通过结构优化探索更高效的药物分子。

### 一、抑制剂设计与合成策略
研究团队以双氯苯基吡啶为核心骨架，构建对称和非对称的二元抑制剂结构。核心骨架的刚性平面结构能够与Furin活性位点中Trp254介导的疏水口袋形成稳定作用，这一口袋在天然状态下由于Trp254的构象限制难以被其他分子占据。通过Suzuki偶联反应将3,5-二氯联苯骨架与氨基甲基取代的哌啶环连接，形成具有两个独立臂的化合物（如化合物9）。左臂通过丙酰氨基与哌啶环连接，右臂则通过不同官能团（如吡啶环、甲酰基等）进行扩展。合成过程中发现，不对称抑制剂（如化合物27）的活性显著优于对称结构，这可能与两个臂的立体异构效应有关。

### 二、抑制活性与机制解析
在酶动力学测试中，新型抑制剂27展现出 furin抑制常数1.7 nM，显著优于BOS-318的0.43 nM。值得注意的是，该化合物同时具有PC7抑制活性（Ki=7.3 nM），而其他类似物对PC7的抑制活性普遍低于150 nM。这种双重抑制能力可能与其右臂的刚性结构有关，能够同时稳定两个蛋白酶的活性位点。通过X射线晶体学发现，抑制剂27的右臂通过三个水分子网络与Furin的Asp153、Asp154和Asn192形成多重氢键，同时其吡啶环与Trp254的吲哚环产生π-π堆积作用，这种协同作用增强了结合稳定性。

### 三、构效关系与结构优化
晶体结构分析揭示了关键结合模式：中央双氯联苯段与Furin疏水口袋匹配，左臂哌啶环通过氮原子与Asp236形成盐桥，这是抑制活性的必需基团。右臂的柔性结构（如化合物27的吡啶环）允许通过不同构象适配Furin活性位点开放状态。通过逐步替换左臂的丙酰氨基为甲酰胺或三氟乙酸酯，发现引入酸性基团可增强与Asp236的相互作用，使Ki值降低至12.4 nM（化合物9）。右臂的修饰则影响构象稳定性，例如将哌啶环替换为4-吡啶基哌嗪可进一步提升结合亲和力（化合物27）。

### 四、抗病毒活性评估
针对H7N7流感病毒模型，化合物9在5 μM浓度下显著抑制病毒复制（病毒滴度降低10^5倍）。但相较于经典肽类抑制剂MI-1851（0.1 μM即可完全抑制），新型非肽类化合物的细胞渗透性仍存在局限。值得注意的是，化合物41通过引入甘氨酸残基，在维持 Furin抑制活性的同时（Ki=6.05 nM），增强了与Asp154的盐桥作用，这种结构优化策略为后续开发提供了方向。

### 五、技术挑战与未来方向
当前研究面临两大挑战：其一，非肽类化合物在细胞内的代谢稳定性仍需验证，例如BOS-318在CF模型中需高浓度（5 μM）才能观察到效应；其二，右臂的构象灵活性导致晶体结构解析困难，部分化合物（如13、26）的末梢环结构在X射线衍射中未能明确观测。未来研究可聚焦于以下方向：
1. **结构刚性增强**：通过引入卤代或杂环结构限制右臂旋转，如化合物27的吡啶环取代可能提升构象稳定性
2. **多靶点优化**：设计同时抑制Furin和PC7的分子（如化合物27），利用其双重抑制特性突破单一靶点药物耐药性问题
3. **递送系统开发**：结合脂质纳米颗粒或聚合物胶束技术，解决非肽类化合物细胞摄取率低的问题（参考文献[17]中的纳米制剂研究）

### 六、临床转化前景
新型抑制剂在囊性纤维化治疗中展现出独特优势：化合物27通过抑制ENaC通道激活，使气道表面液体黏弹性降低30%，在类CF小鼠模型中改善肺泡传输效率。抗病毒实验表明，其对H7N7流感病毒的中和抗体诱导率较传统抑制剂提高2.5倍，这与其稳定结合病毒HA蛋白的能力相关。目前研究已建立从体外抑制到体内抗病毒的有效性评价体系，但还需要开展：
- **药代动力学研究**：评估CYP450酶代谢途径
- **毒性筛选**：针对哌啶环的肝毒性进行剂量优化
- **耐药性机制**：针对Furin变构激活的潜在耐药机制

该研究不仅推进了非肽类蛋白酶抑制剂的设计理论，更在抗病毒药物开发中提供了新范式。通过将分子药理学与结构生物学相结合，为后续开发兼具酶抑制活性和细胞渗透性的新型抗纤维化及抗流感药物奠定了基础。