新型SUCNR1抑制剂的发现和优化：带有盐桥的两性离子衍生物的设计，用于改善口服生物利用度

前言

SUCNR1（琥珀酸盐受体1，最初称为GPR91）是一种G蛋白偶联受体（GPCR），已有研究表明琥珀酸盐是其内源性配体。琥珀酸是在生理条件下去质子化的小的二羧酸，其以阴离子形式起作用。琥珀酸也是至关重要的柠檬酸循环中间体，因此是细胞ATP形成和能量供应的重要组成部分。

琥珀酸和SUCNR1信号传导与局部应激条件有关，包括缺血，缺氧，毒性和高血糖。此外，琥珀酸盐对SUCNR1的激活与其他几种病理状况有关，例如肝纤维化，动脉粥样硬化，高血压，肥胖症或视网膜血管形成。琥珀酸酯在炎症中也起着重要作用，因为它通过巨噬细胞中的HIF1α稳定作用作为炎症信号诱导IL-1β。此外，树突状细胞表达高水平的SUCNR1，琥珀酸被证明是树突状细胞运输和Th17细胞扩增所必需的。在关节炎患者中，细胞外琥珀酸盐以高浓度积聚在滑液中。与野生型动物相比，使用SUCNR1缺陷型小鼠可进一步证明琥珀酸在该疾病中的重要性，该小鼠不仅受到疾病发展的保护，而且免受巨噬细胞的激活和IL-1β的产生。此外，SUCNR1缺陷小鼠表现出中性粒细胞浸润减少，关节中促炎性细胞因子的数量减少以及抗原特异性Th17细胞的数量减少。基于这些数据，SUCNR1是一个有趣的药理靶标，SUCNR1拮抗剂可用于治疗各种疾病。尽管琥珀酸酯及其受体在各种疾病的病理学中很重要，但到目前为止，仅有以化合物1为代表的一种SUCNR1拮抗剂。因此，新型SUCNR1拮抗剂的发现具有广阔的前景。

作者团队通过高通量筛选，发现了一个成药性好的化合物2，但是其缺点是SUCNR1活性弱，基于化合物2，作者进行了一些修饰，得到化合物5活性显著提高，但是仍然有提高的空间。另外，由于这一系列化合物骨架与其公司的补体因子D（FD）抑制剂相似，因此，FD活性成为选择性的重要依据之一。

进一步修饰得到一个具有很强的FD抑制活性的化合物8以及没有FD活性的化合物10，对其FD结合晶体结构进行了分析表明C环的苄胺对FD活性来说是至关重要的。

同时，对现有得到的化合物的成药性分析发现，与非胺化合物6（logPAMPA：-3.6 cm / s，表3）相比，化合物7和10中胺的存在导致渗透率低得多（logPAMPA：-5.5 cm / s）。导致这一现象的原因可能在于此类化合物的两性离子性质。研究发现化合物中的羧酸是与SUCNR1结合所必需的，因为它与受体氨基酸残基进行了多次相互作用。

晶体结构中相互作用的氨基酸是与SUCNR1结合琥珀酸酯有关的四个氨基酸之一，这说明了这羧酸基团的重要性。于是作者想到将氨基去掉，然而，氨基的存在不仅有助于提高效价（化合物10 vs 5），而且该化合物的两性离子性质也对血浆蛋白结合（PPB）有积极作用。单一离子化合物5与人体血浆紧密结合（> 99％），而其两性离子化合物10的人体PPB降低了97.9％。由于游离药物浓度对于生物活性化合物的作用至关重要，因此作者希望保留此类SUCNR1抑制剂的两性离子性质。尽管可以通过例如使用盐或递送系统的制剂来改善两性离子的渗透性和生物利用度，作者还是想要通过改善内在性质来达到这一目的，而不是依靠制剂的方法。

化合物8和9在小鼠中表现出相似的清除率，但它们的通透性和口服生物利用度却有显着差异，尤其是这两种化合物的pKa值也非常相似（9的pKa为4.4和9.4；8的pKa为4.0和9.5），这表明在中性pH值下，它们两个都应加双电荷（两性离子）和因此渗透性差。然而，具有亚甲氧基连接基的9在小鼠中被完全吸收，而酰胺化合物8的生物利用度仅为10％。这种比较可能表明酰胺可能是造成这些不利特性的原因，这在肽中是众所周知的现象。但是，非两性离子酰胺6的良好口服吸收（与8的清除率相当）表明，8的差的渗透性和生物利用度并不一定是单独的酰胺基引起的，而是由酰胺和酰胺的组合引起的。但在作者的研究中，酰胺羰基是水与His993.33残基以及Arg953介导的相互作用所必需的。在人类SUCNR1中，这些氨基酸（Arg993.29和His1033.33）被证明是其内源性配体琥珀酸酯结合所必需的，因此，被亚甲氧基连接子（9）取代的酰胺导致完全丧失了对SUCNR1的效力。两性离子9和10在渗透性和口服吸收方面存在如此显着差异，是值得令人探究的。

通过晶体结构研究，作者推测化合物9中分子内盐桥的存在可以解释其优越的渗透和吸收性能，因为它可以显着屏蔽两个带电基团的极性。显然，由于亚甲氧基连接基的更大的柔性，在9中形成分子内盐桥是可行的，而在10中，盐桥似乎被刚性酰胺键所阻止。此外，甚至在合成的10个化合物中，HCl介导的相互作用也不是最佳的，为了参与这种相互作用（HCl介导），A环发生了明显的扭曲（60度）。

于是，基于上述的研究，作者着重对C环苄胺进行了修饰。得到化合物20，化合物20的成药性显著提高。

进一步晶体结构研究也发现其结合模式正如前面所研究的一样。

参考文献：

[1] Juraj Velcicky. Discovery andOptimization of Novel SUCNR1 Inhibitors: Design of Zwitterionic Derivativeswith a Salt Bridge for the Improvement of Oral Exposure, J.Med. Chem. 2020（10.1021/acs.jmedchem.0c01020）