变构抑制剂：吴茱萸碱类衍生物靶向PDE5变构位点的发现

前言

磷酸二酯酶（PDEs）具有水解细胞内第二信使（cAMP, cGMP）的功能，从而终结传导的生化作用，含11种亚型。靶向抑制PDEs的药物研发取得非常大的成功，目前超过10个抑制剂批准上市；其中PDE5抑制剂最为成功，但缺乏PDE亚型的选择性，易导致头痛、鼻塞、消化不良等副作用。难实现选择性主要是由于PDEs的活性位点具有高度保守性，发现非活性位点的变构抑制剂有望实现亚型间的选择性。

本研究首先通过Allofinder预测PDE5潜在的变构位点，发现两个潜在位点，其中位点I为研究最为深入的活性位点，位点II具有一个体积达468Å3的潜在口袋。基于位点II进行了In-house naturalproduct library的虚拟筛选，发现天然产物吴茱萸碱（EVO）及衍生物7b、(S)-7b能有效结合于该位点。体外PDE5抑制活性IC50为2.1 μM, 340 nM和110 nM。

通过构效关系的研究发现(S)-7d和(S)-7e展现出了非常好的PDE5抑制活性，IC50达到30-50 nM，化合物(S)-7d口服生物利用度可达14%，而化合物(S)-7e仅1%。

通过测试11种亚型的活性发现(S)-7d和(S)-7e能够实现高度选择性，仅在PDE10A上表现出一定的抑制活性。

通过PDE5与(S)-7e的共晶结构发现，化合物结合于预测的变构位点II。化合物(S)-7e的结合并未显著改变蛋白的结构特征，但结合了化合物(S)-7e 显著改变了H-loop (Arg659−His685)，最大变化达到24Å，并直接阻断了抑制剂/底物与活性位点的结合。

通过突变、不同亚型的比对发现Asp563对于吴茱萸碱类化合物的活性和选择性具有非常重要的意义。

最后评估了最优的化合物(S)-7d的成药性，并通过小鼠肺动脉高压(PH)模型评价了其体内效果，口服20 mg/kg (S)-7d可显著降低由monocrotaline (MCT)引起的肺小动脉壁厚和高血压，与10 mg/kg西地那非的水平相当。

总结：

本文通过变构抑制剂策略实现PDE5的高选择性抑制，首先为PDE5抑制剂的发现拓宽了思路；其次明确了PDE5变构位点的生物学功能；最后还提供了一类吴茱萸碱新骨架。

参考文献：

[1] Tianhua Zhang. Discovery of Evodiamine Derivatives as Highly Selective PDE5 Inhibitors Targeting a Unique Allosteric Pocket. J. Med. Chem. 2020. DOI:10.1021/acs.jmedchem.0c00983