噻唑烷-苯唑酮杂合物的结构特性与生物学评价：作为双重作用的抗糖尿病和抗氧化剂

《Journal of Molecular Structure》：Structural Insights and Biological Evaluation of Thiazolidine-Phenazone Hybrids as Dual Antidiabetic and Antioxidant Agents

本研究合成并评估了噻唑烷-苯嗪酮酰胺类化合物（8,9,12,13,15–18）作为双重抗氧化和α-淀粉酶抑制剂。通过分子对接（α-淀粉酶1B2Y、过氧化氢酶1F4J）和DFT计算（全球反应性 descriptors、前线分子轨道），发现化合物16对DPPH和α-淀粉酶的IC50值分别为0.062和0.050 μM，活性最佳。DFT分析显示其低硬度、高电子流动性结构增强活性氧清除和酶抑制能力。该杂合骨架为开发多功能抗糖尿病药物提供了新策略。

　　

Jamal Rashed|Ahmed A. Majed|Mohammed Aufy|Dawood S. Abid|Ahmed M. Naglah|Abdulrahman A. Almehizia|Abdulelah H. Alsulami|Ahmed A. Elhenawy

伊拉克巴士拉大学纯科学教育学院，化学系

摘要

开发同时针对高血糖和氧化应激的多靶点药物是管理2型糖尿病及其并发症的一种有前景的策略。本研究合成并评估了一系列新的酰胺连接的噻唑烷-苯并唑（8, 9, 12, 13, 15–18）杂化物，作为双重抗氧化剂和α-淀粉酶抑制剂。通过分子对接技术研究了它们与人类α-淀粉酶（1B2Y）和过氧化氢酶（1F4J）的结合模式和亲和力，并利用DFT计算（全局反应性描述符和前沿分子轨道）阐明了它们的电子特性。化合物16表现出最强的双重作用，其IC??值分别为0.062 μM（DPPH）和0.050 μM（α-淀粉酶），并且具有较高的对接分数。DFT分析表明，其高活性与其有利的电子特性相关，包括较低的硬度和较高的柔软性，这有助于电荷转移。这些发现表明该杂化骨架在开发多功能抗糖尿病治疗药物方面具有潜力。

引言

2型糖尿病（T2DM）是一种复杂的代谢紊乱，其中慢性高血糖和氧化应激会形成一个自我持续的细胞损伤循环[1,2]。2021年IDF糖尿病地图显示，全球有5.37亿成年人患有糖尿病，预计到2045年这一数字将增至7.83亿[3]。虽然现有的治疗策略（如磺脲类、双胍类和α-葡萄糖苷酶抑制剂）能有效控制血糖，但由于它们对疾病进展的影响有限、副作用以及未能解决导致糖尿病并发症的氧化应激问题，其临床效用正受到越来越多的质疑[4,5]。 高血糖与活性氧（ROS）生成之间的病理生理相互作用改变了治疗范式[6]。糖尿病患者的氧化应激源于ROS的过度产生，包括羟基自由基（•OH）、超氧阴离子（O??）和H?O?，这些物质会超出内源性抗氧化防御系统的能力[7,8]。最近的证据表明，ROS介导的损伤先于并加剧了胰岛素抵抗，这使得氧化应激不仅是一种并发症，更是疾病的基本驱动因素[5]。这一认识激发了人们对能够同时调节葡萄糖代谢和氧化还原平衡的多靶点药物的兴趣。 α-淀粉酶（EC 3.2.1.1）催化淀粉中内部α-1,4-糖苷键的水解，是控制餐后血糖的一个经过充分验证的目标[9]。尽管α-淀粉酶抑制剂仍是餐后血糖管理的基石，但最近的结构-活性关系（SAR）研究揭示了现有抑制剂的关键局限性。阿卡波糖和米格列醇虽然在临床上有效，但存在生物利用度低和胃肠道不耐受的问题[6]。此外，含有噻唑烷和吡唑结构的化合物显示出良好的α-淀粉酶抑制活性[10,11]。Seboletswe等人[12]最近报道，4-噻唑烷酮席夫碱具有中等的α-淀粉酶抑制活性（IC?? = 12.8–45.6 μM），而Toumi等人[13]发现了具有增强活性的螺氧杂吲哚吡咯烷衍生物。苯并二氧杂环酮羧酰胺衍生物实现了显著的亚微摩尔级α-淀粉酶抑制（IC?? 0.68–0.85 μM），并且具有较高的安全性[14]，而四氢苯并[b]噻吩-2-基脲杂化物在体内表现出竞争性抑制作用并具有更好的降糖效果[15,16]。然而，这些骨架缺乏有效的自由基清除所需的富电子系统，限制了它们作为双重作用药物的潜力。 最近的进展表明了双重作用骨架的治疗潜力。噻唑烷二酮杂化物尤其受到关注。Singh等人报告称，噻唑烷二酮-三唑 conjugates显示出强大的α-淀粉酶抑制活性（IC?? 10.4–31.2 μg/mL）以及显著的自由基清除能力[17]。同样，Alegaon及其同事发现，带有供电子甲氧基取代基的噻唑基-噻唑烷二酮杂化物比单一功能的格列酮类具有更强的双重抗氧化和抗糖尿病活性[18]。 尽管取得了这些进展，但仍存在显著差距。大多数报道的双重作用化合物依赖于天然产物骨架（如黄酮类、多酚类），这些骨架存在代谢稳定性差、口服生物利用度低和批次间变异性大的固有缺陷[19]。合成抗氧化剂如Edaravone和Lazaroids显示出潜力，但缺乏降低血糖的效果[20]。合理整合α-淀粉酶抑制药效团和抗氧化功能的合成杂环系统的发展尚未得到充分探索。最近的QSAR分析表明，分配系数、氢键供体/受体平衡和分子量是决定双重活性的关键因素，但很少有研究系统地优化了这些参数[21]。 虽然含有噻唑烷的骨架已被广泛研究用于抗糖尿病活性，但现有文献主要集中在4-噻唑烷酮（通过三组分缩合合成的环状酮）[22,23]或噻唑烷二酮（TZDs，如罗格列酮等PPAR-γ激动剂）[24,25]上。例如，从4-氨基安替吡林通过席夫碱中间体合成的3-(吡唑-4-基)噻唑烷-4-酮[26]。类似的，最近的噻唑烷二酮-三唑 conjugates和噻唑基-噻唑烷二酮杂化物保留了负责PPAR-γ调节的特征TZD药效团[22,27]。 本研究引入了一种根本不同的骨架类别：3-乙酰-2-芳基-噻唑烷-4-羧酰胺，其特征包括：(i) 由L-半胱氨酸衍生的噻唑烷-4-羧酸核心（而非噻唑烷酮），(ii) 与苯并唑的稳定酰胺连接（-CO-NH-），以及(c) C2和C4位置的明确立体化学结构。这种结构提供了三个关键优势：(a) 羧酰胺部分模拟了α-淀粉酶催化的糖苷水解的过渡状态，从而实现竞争性抑制；(b) 联合的吡唑烷-噻唑烷系统促进了电子离域，有助于自由基稳定；(c) N-乙酰基调节了脂溶性和代谢稳定性。据我们所知，这是首次系统评估噻唑烷-苯并唑羧酰胺作为双重抗氧化剂/α-淀粉酶抑制剂的效果。

材料与方法

所有溶剂和化合物均购自Sigma-Aldrich、CDH、Makline和Merck公司。测量了所有制备化合物的熔点。所有化合物的FT-IR光谱使用IR Shimadzu仪器在4000-400 cm?1范围内记录。HNMR在氘代DMSO-d?溶液中使用Gemini-400 MH?和100 MH?仪器进行¹³C-NMR测量。质谱使用ABSCIEX 3200QTRAP仪器通过电喷雾离子化（EsI）技术获得。

化学

苯并唑是一种重要的药物化合物，其活性化学结构包含一个吡唑环，赋予其独特的药理活性。另一方面，脂肪族噻唑烷环因其高生物活性而受到特别关注[32]。为了利用这两种环状结构的有效性，将它们结合在一起制备了新的酰胺衍生物。

结论

本研究成功设计、合成并评估了一系列噻唑烷-苯并唑杂化物，作为双重作用的抗氧化剂和α-淀粉酶抑制剂。多步骤合成路线表现出稳健性，得到了具有明确物理化学性质的化合物。生物筛选确定化合物16是最有前景的候选物，其IC??值（DPPH为0.062 μM，α-淀粉酶为0.05 μM）分别与抗坏血酸和阿卡波糖相当。

数据可用性

本研究生成或分析的所有数据均包含在发表的文章及其补充信息文件中。如有需要，可以从相应作者处获取额外的原始数据。

资助

本研究由沙特国王大学科学研究部通过科学研究主席（药物探索与开发主席）资助。

CRediT作者贡献声明

Jamal Rashed：资金获取、正式分析。 Ahmed A. Majed：研究、资金获取。 Mohammed Aufy：可视化、监督、概念化。 Dawood S. Abid：软件、资金获取、概念化。 Ahmed M. Naglah：研究、资金获取。 Abdulrahman A. Almehizia：监督、软件、资金获取、概念化。 Abdulelah H. Alsulami：资源、项目管理。 Ahmed A. Elhenawy：撰写——审稿与编辑、原创撰写。