基于双(3,4-二甲氧基苯)的结构设计、合成与评价：通过结构简化和生物异构原理指导开发潜在的降脂及保肝药物

《Bioorganic Chemistry》：Design, synthesis and evaluation of Bis-3,4-dimethoxybenzene-based fibrate derivatives guided by structural simplification and Bioisosterism principle as potential hypolipidemic and hepatoprotective agents

基于生物电子等价和结构简化原理，以Phillygenin为先导化合物设计合成了系列双3,4-二甲氧基苯基-β-羧酸酯衍生物，其中T2在急性高脂血症小鼠模型中显著降低甘油三酯和总胆固醇水平，并在慢性高脂血症模型中进一步降低低密度脂蛋白胆固醇并提升高密度脂蛋白胆固醇，同时有效改善肝损伤，上调PPAR-α蛋白表达，并显示抗氧化和抗炎活性。

　　

丁玲|安玉玉|李文静|尚冠慧子|涂浩宇|徐新雅|史永恒|刘继平|谢云东

陕西中医药大学药学院，中国陕西省西安-咸阳新经济区石家大道，邮编712046

摘要

以Phillygenin为母体化合物，基于生物电子异构性和结构简化原理，设计并合成了一系列含有双-3,4-二甲氧基苯骨架的纤维酸衍生物。使用Triton WR-1339诱导的急性高脂血症小鼠模型进行初步筛选后发现，化合物T2显著降低了甘油三酯（TG）和总胆固醇（TC）水平。在高脂饮食诱导的慢性高脂血症动物模型中的进一步研究表明，T2不仅显著降低了TG、TC和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平，还提高了高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平。此外，T2通过显著降低血清丙氨酸氨基转移酶（ALT）和天冬氨酸氨基转移酶（AST）活性，有效改善了肝脏损伤。组织病理学分析表明，T2减轻了肝脏脂质沉积并缓解了肝组织损伤。T2显著上调了PPAR-α蛋白的表达水平，PPAR-α是调节肝脏脂质代谢的关键核受体。同时，T2还具有显著的抗氧化和抗炎活性。分子对接模拟显示T2与PPAR-α蛋白结合位点具有很强的结合亲和力。总体而言，T2作为一种具有双重降脂和保肝作用的潜在候选化合物，值得进一步研究。

引言

高脂血症是一种常见的代谢紊乱，其特征是血脂水平升高，是动脉粥样硬化以及心血管和脑血管疾病的主要可改变风险因素[1]、[2]、[3]。在各种类型的血脂异常中，甘油三酯水平的升高在心血管病变和肝脏脂肪变性的发展中起着关键作用，带来严重危害。这包括促进动脉壁中的脂质沉积，形成使动脉管腔变窄和硬化的动脉粥样硬化斑块，从而增加冠心病和中风等心血管疾病的风险；它还会影响血液粘度，促进血小板聚集，并增加血栓形成的可能性[4]、[5]。

目前临床使用的一线降脂药物是纤维酸类化合物，结构上属于阿罗桑酸类，例如氯贝特和非诺贝特[6]。尽管这些纤维酸能有效降低甘油三酯，但它们会引起不良反应，包括胃肠道不适和肌肉疼痛，其中肝脏损伤最为常见[7]、[8]。现代药理学研究表明，纤维酸引起肝脏损伤的机制可能与氧化应激和炎症密切相关[9]、[10]、[11]。因此，开发一种既能降低血脂又能发挥抗炎和抗氧化作用以保护肝脏的化合物尤为迫切[12]。

天然产物因其结构多样性和广泛的生物活性而成为新药开发中重要先导化合物的宝贵来源[13]、[14]、[15]、[16]。通过结构修饰和优化，许多天然产物可以开发成具有更好疗效和增强安全性的候选药物[17]、[18]、[19]。这些天然产物或其结构修饰衍生物通常作为有利的结构片段，发挥多种药理作用[20]、[21]。来自连翘的Phillygenin及其结构类似物（2,3-双(3,4-二甲氧基苯基)丁酮内酯）因其降脂、抗炎和抗氧化活性而受到广泛关注。它们的生物活性与3,4-二甲氧基苯基结构密切相关，如小檗碱和隐品碱等化合物所示。天然产物的结构复杂性为简化和修饰这一母体结构提供了重要基础。鉴于betas和Phillygenin的结构特征，本研究采用了结构简化和生物电子异构性原理[22]、[23]来设计和合成一系列双-3,4-二甲氧基苯-β衍生物。

如图1所示，Phillygenin的分子特征在于两个3,4-二甲氧基苯基通过四个碳原子形成的四个共价键连接。典型的他汀类药物（如氯贝特、非诺贝特以及化合物CF-ATT和CF-Sesamol）共有的苯氧乙酸药效团也包含一个由两个碳原子和两个氧原子通过四个共价键连接的关键连接片段。利用这种结构相似性，我们运用了生物电子异构性和结构简化原理。在保持关键药效团空间接近性的同时，我们将Phillygenin中连接两个3,4-二甲氧基苯基的融合四氢呋喃环系统替换为纤维酸的特征性醚-烷氧酯结构。这种方法使得设计并合成了一系列双-3,4-二甲氧基苯-β-咔啉衍生物成为可能。我们预期这些目标化合物不仅能够显著降低血脂，还能表现出明显的保肝活性。

本研究旨在通过合理药物设计开发一类新的化合物。使用急性降脂模型和分子对接方法筛选活性化合物，然后利用慢性高脂血症模型进一步评估其降脂和其他活性。我们假设这些目标化合物不仅能通过激活PPAR-α有效降低血脂，还能减轻药物引起的肝脏损伤——这种保护作用得益于保留的天然活性片段的抗氧化和抗炎能力，最终实现降脂和保肝的双重药理效益。

化学部分

本研究报道了双-3,4-二甲氧基苯-纤维酸衍生物的合成过程，详见方案1。将3,4-二甲氧基苯溶解在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，加入烷基溴酸酯（1a-4a）和碳酸钾（作为催化剂）。化合物1b-4b是在碳酸钾条件下，3,4-二甲氧基苯与不同溴代脂肪酸酯反应制备得到的。化合物1b-4b溶解在1,4-二氧烷中，随后水解酯键

讨论

本研究通过整合结构简化和生物电子异构性等合理药物设计策略，成功设计并合成了一系列新型的双-3,4-二甲氧基苯并噁唑啉-2-酮衍生物。急性及慢性高脂血症模型的结果表明，T2在Triton WR-1339诱导的高脂血症模型中表现出显著的降脂效果，并且这种效果具有剂量依赖性。此外，T2还具有抗炎、抗氧化和保肝作用

结论

基于结构简化和生物电子异构性原理，本研究设计并合成了一系列双-3,4-二甲氧基苯丁酮结构衍生物。急性及慢性高脂血症研究表明，T2具有显著的降脂效果，并且这种效果具有剂量依赖性。此外，T2还表现出强大的抗炎和抗氧化特性，在高脂血症条件下具有保护肝脏的作用。

材料

除非另有说明，实验部分使用的所有材料、试剂和溶剂均从商业供应商处购买。详细信息见补充表2。实验动物由成都大硕实验动物有限公司提供，动物研究许可证编号：SCXK（四川）2020–0030。

作者贡献声明

丁玲：撰写——原始草稿、方法学、实验研究。安玉玉：方法学、实验研究。李文静：数据整理、概念构思。尚冠慧子：数据分析。涂浩宇：软件操作、数据整理。徐新雅：数据整理。史永恒：概念构思。刘继平：资源协调。谢云东：撰写——审稿与编辑、项目管理、资金筹措。

利益冲突声明

我们希望提交题为“基于结构简化和生物电子异构性原理设计、合成和评估双-3,4-二甲氧基苯基纤维酸衍生物作为潜在的降脂和保肝剂”的手稿，希望其在《生物有机化学》期刊上发表。我们声明提交该手稿时不存在任何利益冲突，所有作者均同意发表。我在此声明

致谢

本研究得到了国家大学生创新训练计划（编号：202410716037）、陕西中医药大学科技创新人才计划（编号：2024-LJRC-04）以及咸阳市“科学家+工程师”团队建设项目（编号：L2024-CXNL-KJRCTD-DWJS-0028）的资助。