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目前针对中重度疼痛的治疗手段仍是使用传统的阿片类药物,但是传统的阿片类药物在发挥镇痛效应的同时,往往会伴随着呼吸抑制和便秘等不良反应,长期服用还具有成瘾性。因此,临床急需新的高效安全无成瘾性的阿片类镇痛药物。传统的μ阿片类药物是通过作用于μ阿片受体（μOR,μopioid receptor）继而引发下游介导镇痛作用的Gi/o蛋白通路的激活,但同时也会引起介导呼吸抑制和便秘等众多不良反应的β-arrestin通路。μOR偏向激动剂可选择性激活与镇痛作用密切相关的Gi蛋白,同时规避激活介导不良反应的β-arrestin通路,在产生药效的同时,避免或减少不良反应的发生。首个μ受体偏向激动剂镇痛新药TRV130注射液,已经在2020年8月被美国FDA批准上市。PZM21是基于μ阿片受体蛋白晶体结构,运用计算机分子对接技术筛选（4万亿次虚拟实验）去掉能够激活β-抑制蛋白的分子,找到苗头化合物,再经过药物化学结构优化、活性筛选后得到的全新化学骨架的先导化合物,其化学结构与现有的阿片类药物结构完全不同。研究结果表明PZM21体外对μ阿片受体显示了纳摩尔级的亲和力而对β-arrestin2仅微弱的募集作用,体内小鼠镇痛模型上表现出与吗啡相当的镇痛作用,且呼吸抑制等阿片类不良反应低,无成瘾性。但PZM21的镇痛活性还有待提高,并且构效关系研究还不充分,有待进一步的结构优化。课题组前期工作,以PZM21为先导化合物,保留核心药效团二甲氨基与脲基结构,重点对分子中的取代苯环（A环）和噻吩环（B环）进行结构优化改造,经过多轮化合物设计合成及活性评价,发现了高镇痛活性的化合物SWG-MJ-6和高偏向性化合物SWG-MJ-14。本课题的目的,是在前期工作基础上,以SWG-MJ-6和SWG-MJ-14为先导化合物,进行进一步的结构优化和详细构效关系研究,以期发现新的活性更高的μ受体偏向激动剂分子。首先,保留SWG-MJ-14分子中对于偏向性起关键作用的苯并[d][1,3]二噁戊环结构,从环的芳香性、环上引入不同取代基、碳链长短和侧链引入不同基团等角度进行探究,共设计合成Ⅰ类化合物29个;Ⅱ类化合物是以萘环化合物SWG-MJ-6为先导化合物,从缩小二元芳香环面积和改变二元环的灵活性角度设计合成Ⅱ类化合物8个,均已经过HRESI MS、1H-NMR结构确证及HPLC纯度分析（纯度>95%）,继而优选部分化合物进行体内外活性评价及偏向性评价来探讨其构效关系。针对先导化合物SWG-MJ-14,Ⅰ类目标化合物的设计思路是基于保留高偏向性的前提下,提高其镇痛活性;由主导镇痛作用的μOR Gi/o蛋白通路激活作用及介导不良反应的β-arrestin通路作用评价结果可知,Ⅰ类目标化合物均保留了类似先导物的高偏向性,对β-arrestin通路几乎无激活作用;5个化合物显示了高于先导物的对μOR Gi/o蛋白通路的激活作用,分别为SWG-LX-2、SWG-LX-3、SWG-LX-15、SWG-LX-17、SWG-LX-21,其中,4个化合物对μ阿片受体的作用与盐酸吗啡及阳性药PZM21相当;体内评价结果表明,上述5个体外评价高活性的化合物在醋酸扭体镇痛评价模型的镇痛活性,远大于先导化合物SWG-MJ-14及阳性药PZM21,尤其化合物SWG-LX-3在20 mg/kg剂量下镇痛百分率可达100%,并表现出剂量依赖性镇痛活性;其中,3个新化合物SWG-LX-3、SWG-LX-15和SWG-LX-17在福尔马林舔足镇痛评价模型上的镇痛活性优于或相当于SWG-MJ-14;1个新化合物SWG-LX-3在热板致痛模型上表现出高的镇痛效果,起效快,且作用时间长于盐酸吗啡;综合体内外活性评价结果可知,SWG-LX-3在不同机制镇痛模型上均表现出高于阳性对照的镇痛效果,且体外μ阿片受体偏向性高,可作为新的高活性μ阿片受体偏向激动剂先导物。针对先导化合物SWG-MJ-6,Ⅱ类目标化合物的设计思路是在保留高镇痛活性的前提下,提高其偏向性;由Ⅱ类目标化合物体内外评价结果可知,3个新化合物对μOR Gi/o蛋白通路的激活作用和醋酸扭体模型镇痛活性与对照物SWG-MJ-6相当于或略高,分别为SWG-LX-30、SWG-LX-32和SWG-LX-33;其中2个化合物SWG-LX-30和SWG-LX-33显示了与阳性药PZM21相当的高偏向性,偏向性显著优于先导化合物SWG-MJ-6;在热板模型上,上述化合物SWG-LX-33起效均快于SWG-MJ-6及盐酸吗啡,作用时间较盐酸吗啡长;综合各模型评价结果,化合物SWG-LX-33的镇痛起效时间及偏向性均优于先导对照物SWG-MJ-6。综合Ⅰ类和Ⅱ类目标化合物的初步构效关系分析结果,1)针对A环取代苯环位置,将PZM21的取代苯环改为苯并[d][1,3]二噁戊环,相当于邻位引入易与氨基酸残基形成氢键的基团,可增强偏向性;将一元芳香环取代苯环替换为二元芳香稠环萘环或苯并噻吩环时,镇痛活性显著增强;缩小二元芳香稠环萘环的面积,偏向性显著增强;破坏二元芳香稠环共轭体系,将萘环替换为灵活度更高的联苯环,偏向性及镇痛活性均显著降低。2)针对A环与B环的中间连接位置,该骨架的中间连接片段碳链个数对于整体骨架发挥镇痛活性及偏向性均至关重要;侧链基团的手性对于镇痛活性影响较大;改动关键药效团N,N-二甲基氨基和脲基,镇痛活性大幅度降低,但偏向性仍可保持。3)针对B环噻吩环位置,总体上来说将该骨架的噻吩环改为苯环,镇痛活性显著增加且加速起效时间,镇痛起效时间延长;在苯环上的不同位置引入不同基团,在不同机制镇痛模型上表现出的镇痛活性均降低。总之,本课题针对先导化合物苯并[d][1,3]二噁戊环化合物SWG-MJ-14和萘环化合物SWG-MJ-6为先导化合物进行结构优化及构效关系研究,设计合成37个化合物并进行体内外活性评价,共发现了镇痛活性及偏向性与阳性药PZM21相当或更高的多个新化合物,改善了SWG-MJ-14镇痛活性低和SWG-MJ-6偏向性差的缺点,其可作为高镇痛活性μOR偏向激动剂的先导化合物,对于发现活性更佳的μOR偏向激动剂候选药物分子奠定了基础。