基于α-淀粉酶抑制辅以计算研究的氨基硫脲类似物抗糖尿病活性评价

《Chemistry & Biodiversity》：Antidiabetic Evaluation of Thiosemicarbazone Analogs Through α-Amylase Inhibition Complemented With Computational Studies

　　

摘要 研究人员通过评估系列氨基硫脲（thiosemicarbazone）对α-淀粉酶（α-amylase）的抑制活性，探究其抗糖尿病潜力——α-淀粉酶是负责通过裂解内部α(1→4)-糖苷键将多糖水解为单糖的关键酶。结果显示多个强效抑制剂，其中活性最高的化合物1-(4-(二甲氨基)苄基)氨基硫脲（6g）的活性约为参考药物阿卡波糖（acarbose）的2倍。构效关系（SAR）分析表明，苯甲醛与酮衍生的氨基硫脲（6a–6k、7a–e）是活性的主要来源，优于含有靛红（isatin）与呋喃（furan）等其他药效团的类似物（8a–b、9a–d）。除酶抑制外，多个化合物在体外抗氧化实验中表现出显著活性，涵盖一氧化氮（NO）清除、DPPH自由基清除及铁离子还原抗氧化能力（FRAP）实验。代表性化合物在α-淀粉酶催化位点的分子对接研究揭示了氢键与π-π堆积作用在稳定配体-酶复合物中的关键作用。此外，计算机模拟药代动力学与类药性（drug-likeness）评估显示所有合成化合物的参数均处于理想区间，而阿卡波糖则存在多项类药性标准偏离。

论文解读

该研究发表于《Chemistry》，聚焦2型糖尿病（T2D）治疗新靶点与候选分子的开发。全球糖尿病患者基数庞大且发病率持续上升，T2D占比超过85%，长期高血糖会引发肾病、视网膜病变、心血管疾病等严重并发症，现有临床一线药物阿卡波糖等虽可抑制碳水化合物消化酶以降低餐后血糖，但仍伴随胃肠胀气、腹泻等副作用，且存在类药性不足、生物利用度偏低等问题。氨基硫脲类化合物已在抗感染、抗肿瘤等领域展现广泛活性，但在α-淀粉酶抑制方向的探索尚不充分，同时现有小分子α-淀粉酶抑制剂多为糖模拟物或结构复杂的天然产物，存在代谢稳定性差、合成难度大等局限，因此研究人员拟开发结构可调、合成简便的新型氨基硫脲类非糖苷抑制剂。

研究人员采用的关键技术方法包括：通过醛/酮与氨基硫脲的一锅缩合反应构建目标化合物库，经核磁共振（NMR）完成结构确证；以猪胰α-淀粉酶为模型，采用DNS法测定化合物体外酶抑制活性并计算半数抑制浓度（IC₅₀）；通过NO清除、FRAP、DPPH三种体外模型评价抗氧化活性；采用薛定谔（Schr?dinger）软件包对代表性化合物与α-淀粉酶（PDB ID: 2qv4）进行诱导契合分子对接，解析结合模式；依托Swiss ADMET平台完成类药性与吸收、分布、代谢、排泄（ADME）参数的计算机模拟预测。

研究结果如下：

合成部分：所有目标化合物（6a–k、7a–e、8a–b、9a–d）均通过乙醇回流条件下的缩合反应制备，醛类底物无需催化剂即可高效反应，酮类底物需加入少量冰乙酸活化羰基，整体产率良好，结构经核磁数据确证无误。

构效关系与抗糖尿病活性：多数化合物IC₅₀介于39.40±0.96–267.50±2.68 μM，苯甲醛衍生物整体活性最优，其中6g的IC₅₀达39.4±0.96 μM，活性为阿卡波糖的2倍；酮衍生物整体弱于苯甲醛类，仅7d、7e接近或优于阿卡波糖；靛红与呋喃杂合物活性普遍偏低，仅8b优于阿卡波糖。苯环邻位或对位引入给电子基（甲氧基、二甲氨基）与吸电子基（硝基、三氟甲基）均可提升活性，卤素取代活性随电负性升高而下降，未取代母体活性最弱。

抗氧化活性：NO清除实验中，7e、8b、9c活性优于没食子酸对照，其中8b活性约为对照的3倍；FRAP实验中，6j、8b、9c活性约为没食子酸的3倍；DPPH实验中仅6f活性优于对照，其余化合物活性偏弱。抗氧化活性的结构偏好与酶抑制活性存在差异，杂环母核对特定抗氧化通路更具优势。

分子对接与类药性预测：6g可与催化位点关键残基Glu233、Asp197形成强氢键，无空间位阻，对接得分?6.6；阿卡波糖虽形成多组氢键，但与Glu233、Tyr62存在空间冲突。类药性评估显示所有合成化合物均符合分子量<500、氢键供体<5、氢键受体<10、脂水分配系数（MlogP）<5、拓扑极性表面积（TPSA）<140 ?²、可旋转键<9的标准，阿卡波糖多项指标偏离。药代动力学预测中，活性化合物胃肠道吸收均为高水平，不透过血脑屏障，非P-糖蛋白（P-gp）底物，生物利用度评分（0.55）显著高于阿卡波糖（0.17），且无PAINS警示，合成可及性评分介于2.09–3.01，具备放大生产潜力。

讨论与结论部分指出，苯甲醛与酮衍生的氨基硫脲是极具潜力的α-淀粉酶抑制剂，苯环取代基的电子效应可显著调控活性，8b、7e、9c同时具备突出的NO清除能力，6g的酶抑制活性最为优异。分子对接明确了氢键与π-π相互作用是结合稳定的核心机制，计算机模拟药代参数全面优于现有药物阿卡波糖，证实该类化合物可作为抗糖尿病候选分子开展后续研究，也为非糖苷类α-淀粉酶抑制剂的开发提供了新的结构骨架与设计思路。