Ethinyl Estradiol/Gestodene

近日，华东师范大学仇文卫团队与上海交通大学医学院附属瑞金医院江敏、宁若男团队合作，在Journal of Medicinal Chemistry上发表了题为“Synthesis and Biological Evaluation of Heterocycle-Fused Pyxinol Derivatives as Anti-osteoporosis Agents”的研究。团队通过系统的构效关系优化，成功开发了一系列新型杂环融合pyxinol衍生物。其中，化合物36（SH543） 表现出最强的破骨细胞分化抑制活性（IC₅₀ = 3.3 nM），较先导化合物pyxinol活性提升约848倍。机制研究表明，SH543能直接结合KEAP1蛋白，激活Nrf2-HO-1抗氧化通路，降低细胞内活性氧（ROS）水平，并抑制PI3K-AKT和MAPK信号通路。在卵巢切除（OVX）小鼠模型中，SH543能显著减轻病理性的骨丢失，改善骨小梁微结构和生物力学强度。这些结果表明SH543是一个通过多机制作用的新型抗骨质疏松先导化合物，具有广阔的开发前景。 研究背景与临床需求 骨质疏松症是一种因骨吸收超过骨形成导致骨量减少、骨微结构破坏的全身性骨骼疾病，全球患者数量巨大，是严重的公共卫生挑战。其核心病理机制与核因子κB受体活化因子配体（RANKL）/RANK信号通路密切相关。该通路激活后，会启动NF-κB、MAPK等下游信号，上调TRAP（抗酒石酸酸性磷酸酶）、CTSK（组织蛋白酶K）、MMP9（基质金属蛋白酶9）等破骨细胞标志基因的表达，从而促进骨吸收。在此过程中产生的ROS是关键调节因子。因此，通过药物抑制ROS的产生，已成为治疗骨质疏松的一个富有前景的新策略。 目前的抗骨质疏松药物主要分为抗骨吸收剂（如双膦酸盐、地诺单抗）和促骨形成剂（如特立帕肽）。然而，这些药物常伴随下颌骨坏死、非典型股骨骨折、心血管风险等严重副作用，限制了其长期应用。这驱动着研究人员去寻找兼具高效和良好安全性的新一代疗法。 药物设计与研发历程 1. 源头与先导化合物的发现 人参作为传统中药，其多种成分被报道具有抗骨质疏松活性。Pyxinol 是20(S)-原人参二醇（PPD）在人和小鼠体内的主要肝脏代谢物，是一种奥科梯洛型四环三萜皂苷元。研究首次发现pyxinol对RANKL诱导的破骨细胞形成具有中等抑制活性（IC₅₀ = 2.8 μM），因此将其作为后续结构优化的先导化合物。 图1. 来源自人参的抗骨质疏松化合物的化学结构。 2. 设计策略与构效关系（SAR）分析 杂环融合是天然产物结构修饰的有效策略，可降低毒性、增强药理活性并改善类药性。研究团队基于前期工作基础，对pyxinol的C2和C3位进行杂环融合，系统性地探索其构效关系。 图2. 基于pyxinol的构效关系研究图示。 第一轮：A环杂环筛选 合成了喹啉、噻唑、吲哚、二氢吡嗪、喹喔啉等多种杂环融合的衍生物。相较于先导化合物pyxinol，多数杂环并合衍生物显著提升了破骨细胞抑制活性（化合物2、8、19在1.0 μM浓度下抑制率>90%）。其中喹啉衍生物2活性尤为突出，在1.0 μM时完全抑制分化，0.1 μM仍保持89.8%的高活性。噻唑、吲哚等系列衍生物呈现中等活性。基于此，化合物2被选为第二轮结构优化核心。 第二轮：C12位取代基优化 在喹啉骨架上，将C12位的羟基的12β-羟基替换为酯基（22-24）、羰基（25）、α-羟基（26）、肟基（27）和氢（28）后，活性均不同程度下降，表明保留原始的12β-羟基（化合物2） 对维持高活性至关重要。 第三轮：E环（侧链）修饰 基于第二轮构效关系研究，重点优化了化合物2的D环E环结构。研究发现E环的完整性对抑制破骨细胞分化至关重要——E环开环衍生物（31、32）活性显著降低。将E环异丙醇基脱水为烯丙基（35）或进一步还原为异丙基（36）可增强活性，其中R-构型异构体（2、35、36）的抑制效果均优于对应S-构型异构体（38、41、42）。 通过上述系统性优化，最终确定化合物36（SH543）（喹啉融合A环、12β-羟基、R-异丙基侧链）为最优结构，在0.01 μM低浓度下仍保持71.9%抑制率，且无细胞毒性，因此选定SH543进行后续机制研究与体内抗骨质疏松评价。 药效与机制研究 1. 强效抑制破骨细胞生成 SH543在纳摩尔浓度下即可高效抑制RANKL诱导的破骨细胞分化，IC₅₀低至3.3 nM。其效力远超临床药物阿仑膦酸钠（在10 μM浓度下抑制率为75%），在10 nM浓度下即可达到与后者相当的抑制效果（72%）。 阶段特异性实验表明，SH543在破骨细胞分化的早期阶段（第1-7天）抑制作用最强，抑制率达96.7%，说明其主要影响破骨细胞的前体细胞向破骨细胞的早期定向分化过程。 2. 下调破骨细胞关键标志物 RT-PCR和Western blotting结果证实，SH543能剂量依赖性地下调破骨细胞分化和功能的关键标志物基因（Atp6v0d2, Trap, Ctsk, Mmp9）和蛋白（TRAP, CTSK, MMP9）的表达。 独特作用机制：靶向KEAP1，激活Nrf2抗氧化通路。深入研究发现，SH543能直接结合KEAP1蛋白（通过CETSA实验验证），从而解除KEAP1对转录因子Nrf2的抑制。活化的Nrf2入核后启动抗氧化反应元件（ARE），上调血红素氧合酶-1（HO-1）等抗氧化蛋白的表达。 这一作用导致细胞内ROS水平显著降低，进而抑制了ROS依赖的PI3K-AKT和MAPK（JNK, p38）信号通路的活化，最终阻断了破骨细胞的分化。同时，SH543还能下调促氧化酶Nox1，并上调其他抗氧化酶（Nqo1, Gsr）的表达，双向调节氧化还原平衡。 转录组学（RNA-seq）分析显示，SH543能显著影响与氧化应激和破骨细胞分化相关的基因表达。 3. 体内药效与安全性评价 药代动力学特性：SH543在小鼠体内口服生物利用度为8.04%，半衰期适中（T₁/₂ ≈ 7小时），表现出可接受的药物动力学特征，为体内药效实验提供了基础。 在防卵巢切除（OVX）诱导的骨质疏松小鼠模型中，每日腹腔注射SH543（0.6和3 mg/kg）连续6周，可剂量依赖性地减轻骨丢失。 Micro-CT分析显示，与OVX模型组相比，高剂量SH543（3 mg/kg）治疗组能显著改善骨微结构参数：骨体积分数（BV/TV）增加22.8%，骨小梁数量（Tb.N）增加35.5%，骨小梁分离度（Tb.Sp）降低46.9%。组织病理学分析（TRAP/HE染色）进一步证实SH543能显著减少破骨细胞数量。主要器官的组织学检查未发现明显毒性，表明其具有良好的体内安全性。 总结与展望 团队通过理性药物设计，成功将先导化合物Pyxinol的活性提升848倍，获得的候选药物SH543表现出超强效力（IC₅₀ = 3.3 nM）。其创新性在于揭示了全新作用机制——直接靶向KEAP1蛋白，激活Nrf2-HO-1抗氧化通路，从而多维度抑制破骨细胞分化。临床前研究证实其能有效改善骨微结构且安全性良好。 展望未来，SH543极具临床转化价值，其多机制协同作用有望克服现有药物的局限。该研究不仅催生了一个前景广阔的候选药物，更开辟了“靶向氧化应激”治疗骨质疏松的新范式，为下一代骨骼疾病治疗策略奠定了坚实基础。 原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.5c02212 （如需文献PDF，点击关注，后台私信） 声明本文内容基于公开发表的学术论文整理，仅供参考交流。著作权归原作者和出版集团所有，欢迎合理转载，请注明来源【MedChem Reader】。文献详细全面信息请跳转原文阅读。投稿，合作，交流请后台联系。 往期推荐 →【JMC】AI驱动药物研发：英矽智能发布口服高效DGKα抑制剂，可显著增强癌症免疫疗法效果 →【JMC】沈阳药科大学团队研发新型黄嘌呤氧化酶抑制剂Z29，降尿酸效果卓越且安全性高 →【JMC】新型中性粒细胞弹性蛋白酶抑制剂CHF-6333的设计、合成与生物学评价：用于支气管扩张症的吸入式治疗研究 【关注我们，一起探索科学前沿】👍 您的每一次【点赞】【转发】【】，都是我们持续创作优质内容的动力！