痛风（Gout）是一种由于人体嘌呤代谢紊乱所导致的疾病,高尿酸血症（Hyperuricemia）为其病理基础,两者都属于严重危害人类健康的重大代谢性疾病。在过去半个多世纪,痛风呈现爆发性增长及明显年轻化趋势。然而,临床长期使用的抗痛风药物普遍具有活性差及毒副作用大等劣势,且长期用药也造成了不同程度的耐药性。临床长期面临没好药、没新药的窘迫局面。因此,新一代高效安全的抗痛风药物研发是目前新药创制的前沿热点。随着对痛风发病机理的深入探索,研究者发现约90%的痛风患者存在尿酸排泄障碍,其体内的尿酸在肾小球中被各种阴离子转运体大量异常重吸收。尿酸转运蛋白1（Uric acid transporter 1,URAT1）在尿酸重吸收过程中发挥重要作用,使其成为抗痛风药物设计的关键靶标。但现有靶向URAT1的临床药物仍普遍具有活性不足及肝肾毒性高的缺陷。基于目前抗痛风药物的不足及临床迫切需求,本论文以URAT1作为药物设计的靶标,综合运用多种基于配体的药物设计策略对上市药物雷西纳德及前期发现的临床候选药物T7进行了系统的结构修饰。同时通过构建高尿酸血症动物模型,对合成的化合物进行了体内外活性及成药性评价。此外,通过URAT1的同源模建,开展了 URAT1抑制剂的虚拟筛选。具体研究工作分为以下五方面。杂环巯乙酸类URAT1抑制剂的动物体内评价方法建立及吡啶并咪唑或酰基磺酰胺类化合物T7和S3的成药性评价。为了更加有效准确地评价抗痛风活性化合物的动物体内活性,本论文第二章首先通过正交试验法优化、评价并最终获得了可供使用的小鼠高尿酸血症高尿酸血症模型。同时本章也构建了稳定高效的大鼠高尿酸血症高尿酸血症模型以供进一步验证化合物降血尿酸活性。利用上述模型我们对课题组之前发现的苗头化合物T7和S3在体内外活性方面进行了更为深入的研究。结果显示T7和S3在小鼠体内均展示出优良活性,血尿酸下降率是雷西纳德的2.5倍以上。通过梯度剂量下给药,最终确定化合物T7小鼠体内最低起效剂量为1mg/kg,同时两个化合物在大鼠模型中同样展现了突出的降血尿酸活性。体外活性结果显示T7（IC50=1.57μM）的活性是雷西纳德（IC50=7.21 μM）的 4.6 倍。本章也评价了 T7、S3的药代动力学及安全性等成药性指标。结果表明,T7大鼠体内生物利用度为76.3%,小鼠体内最大耐受剂量为500mg/kg,安全性好、成药性佳,值得进一步开发。同时,上述评价也暴露出T7及S3的不足,为后续优化指明了方向。在此基础上,为了获得高效低毒的靶向URAT1抗痛风临床候选药物,我们根据已有雷西纳德类分子的结构特点,对不同区域的关键药效团进行了结构改造,分别开展了以下三部分的工作。基于配体的新型吡啶并咪唑巯基乙酸类抗痛风URAT1抑制剂候选药物TD-3的发现。为了更有效地进行基于配体的化合物设计,本文第三章首先利用前期获得的活性分子及上市药物进行了雷西纳德类分子药效团的构建。结合药效团特征,同时针对杂环巯乙酸类抗痛风药物药效、安全性不足的特点,本章以雷西纳德和候选药物T7为先导化合物,通过优势骨架拼接、电子等排等策略对先导分子中疏水性区域进行了多样性修饰。经Buchwald-Hartwig交叉偶联、环合、亲核取代等反应,本章共合成了 8个子系列共计60个结构全新的URAT1抑制剂。小鼠体内降尿酸活性结果显示26个化合物的动物体内活性均显著超越阳性药物雷西纳德。其中化合物TD-3血尿酸下降率达到96.1%,是本章中活性最优化合物。同时体外活性显示TD-3可显著抑制URAT1,其活性（IC50=1.36μM）是雷西纳德（IC50=5.54 μM）的4.1倍。进一步研究发现TD-3在大鼠体内同样具有突出的降血尿酸活性,小鼠体内最低起效剂量为0.5 mg/kg,显著优于先导化合物T7及雷西纳德。本章最后对TD-3进行了成药性评价,其药代动力学性质良好,绝对生物利用度为59.3%。TD-3小鼠体内最大耐受剂量大于800 mg/kg,且亚急性、组织毒性同样低于先导化合物,安全性显著改善。总之,TD-3可作为候选药物供进一步开发。基于电子等排的新型吡啶并咪唑酰基磺酰胺类抗痛风URAT1抑制剂候选药物TS-2的发现。在本论文第四章中,我们以雷西纳德和候选药物S3作为先导化合物,通过电子等排、分子杂合等策略对硫代侧链阴离子基团进行了多样性改造,设计并合成了两个系列共40个URAT1抑制剂。小鼠体内活性结果显示,两系列中23个化合物具有明显的体内降血尿酸活性,且均优于雷西纳德。其中TS-2在本部分化合物中活性最优,可将模型血尿酸值（1162.00 μM）降至健康空白水平（143.20 μM）,血尿酸下降率达到96.8%,是雷西纳德的2倍以上。在体外靶点活性测试中,TS-2抑制URAT1的活性（IC50=0.19 μM）是雷西纳德的29.2倍。动物体内活性结果表明,TS-2在4小时内将大鼠模型血尿酸值（917.80 μM）降至空白血尿酸水平（108.75 μM）,血尿酸下降率为91.87%。通过剂量梯度设置发现,TS-2在小鼠体内最低起效剂量为0.25 mg/kg。初步的成药性评价结果显示TS-2药代动力学性质较好。TS-2在小鼠体内的最大耐受剂量大于1000 mg/kg,显著优于雷西纳德,安全性明显提升,值得深入开发。基于骨架跃迁的新型稠环嘧啶类抗痛风URAT1抑制剂先导化合物F-5的发现。第五章在前期研究基础上构建了雷西纳德类分子的3D-QSAR模型。结合模型立体场预测的可修饰区域,本章以雷西纳德及T7为先导化合物,对其核心结构进行了多样性的修饰。通过骨架跃迁等策略,改变母环体积及药效基团的空间排布,设计合成了 9个子系列共计54个全新的URAT1小分子抑制剂。动物体内活性结果显示大部分化合物均表现出强效降血尿酸活性。综合体外活性实验结果,化合物F-5活性最优。其在小鼠体内的降血尿酸下降率为93.2%,抑制URAT1的IC50为2.01 μM,体内外活性均为雷西纳德两倍以上。进一步研究表明,F-5小鼠体内最低起效剂量为0.5 mg/kg,同时具有突出的大鼠体内降尿酸活性。在初步成药性评价实验中,F-5显示出良好的安全性及药代动力学性质,可作为先导化合物进一步研究。基于AlphdFold2的URAT1同源模块构建及URAT1抑制剂的虚拟筛选。由于URAT1为结构复杂的跨膜蛋白,其晶体结构长期未被解析,是制约基于靶标的合理药物设计的“卡脖子”环节。鉴于此,第六章通过AlphdFold2对URAT1进行了同源模建及潜在结合口袋预测。随后利用此模型,对本文中所获得的候选药物的结合模式及药效团特征进行了预测分析,为后续化合物的合理设计提供了依据。同时利用上述模型及结合位点,我们对不同商业小分子化合物库进行了高通量虚拟筛选,综合评价最终获得10个实体小分子。随后通过动物模型对其进行了体内活性筛选。活性结果显示3个小分子在动物体内具有显著的降血尿酸活性,这为后续探索新型URAT1抑制剂提供了基础。总之,本论文针对抗痛风URAT1抑制剂生物活性以及安全性差的问题,综合运用基于配体结构的间接药物设计及计算机辅助药物设计等手段设计合成了三类共计154个全新结构的URAT1抑制剂。通过体内外活性筛选及初步的成药性评价,得到了包括TD-3、TS-2、F-5和T7在内的多个具有重要开发前景的候选药物及先导化合物。此外,本文通过构建URAT1同源模型、药效团模型以及3D-QSAR模型,较为精确地预测和阐明了该类结构的构效关系及其靶点结合模式,分析了该类化合物的药效团特点,为更合理地进行基于靶点高效低毒URAT1抑制剂的设计奠定了基础。