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磷酸二酯酶4(PDE4)是第二信使环磷腺苷(cAMP)的特异性双金属磷酸水解酶,并在炎症细胞、免疫细胞、中枢神经系统和肺平滑肌中高度表达。因而PDE4与中枢神经系统和免疫系统方面的生理调节过程密切相关。这导致PDE4成为一个具有发展前景的药物靶点。PDE4可分为PDE4A、PDE4B、PDE4C以及PDE4D四个亚型。这四种亚型具有高度同源氨基酸序列的三个区域:催化区域与N端两个上游的保守区域(UCR1和UCR2)。尽管现有PDE4抑制剂仍存在缺陷,仍有一些PDE4抑制剂上市,如用于治疗慢性阻塞型肺疾病(COPD)的罗氟司特和用于治疗银屑病的阿普斯特。然而,许多具有高活性的PDE4抑制剂由于治疗窗口窄,恶心呕吐等副作用而未能上市。因此,开发新型的PDE4抑制剂成为研究热点。本文以罗氟普兰和氯比普兰作为先导化合物,设计合成48个邻苯二酚酰胺类和22个哒嗪类新型PDE4抑制剂。第一部分:设计与合成邻苯二酚酰胺类衍生物作为PDE4D抑制剂近十年对PDE4D的研究已经证实PDE4D亚型与抗炎、抗抑郁、改善认知功能障碍、脑癌以及缺血性中风相关。此外,还有研究证实PDE4D有可能与中枢神经系统相关的呕吐与腹泻相关。虽然目前仍不清楚PDE4D是否是引起上述副作用的唯一原因,但是这仍促使我们设计合成选择性PDE4D抑制剂。最近,我们前期研究发现罗氟普兰具有抗抑郁和改善认知功能障碍的作用,且在比格犬实验中无明显呕吐副作用。鉴于此,本文以罗氟普兰与已上市的罗氟司特为先导结构,设计合成新型邻苯二酚甲酰胺类PDE4D抑制剂。而且,在结构修饰时充分考虑了各种取代胺对活性的影响,并最大限度地优化了邻苯二酚的结构。此类邻苯二酚甲酰胺衍生物可以3,4-二羟基苯甲醛或者3-羟基-4甲氧基苯甲酸甲酯作为起始原料分别经过七步或四步以很好的收率获得。由于所有PDE4亚型的催化区域(CAT)具有单一氨基酸活性位点以及高度的保守性,因此本文以咯利普兰作为阳性对照药,首先测试了这些化合物对PDE4催化区域(PDE4CAT)的离体抑制活性。结果表明CB-B01～04和CB-C01～10系列中绝大多数化合物对PDE4CAT的抑制活性低于咯利普兰,而CB-A01～18和CB-D01～16系列中大部分化合物PDE4CAT的抑制活性高于咯利普兰,尤其是化合物 CB-A03、CB-A07、CB-A09、CB-A10、CB-A11、CB-A14、CB-A15、CB-A16、CB-D10和CB-D15显示出最高的抑制活性,且最高抑制活性是阳性对照药咯利普兰的27.5倍。邻苯二酚甲酰胺类衍生物的构效关系研究显示酰胺氮上的取代基直接影响活性的规律如下:1)当N上取代基为烷基时,异丙基>正丙基>正丁基>4-甲氧基苄基>苄基>二乙基>2-甲氧基苯氧乙基>正辛基>3,4-二甲氧基苄基;2)当N上取代基为芳基时,2-氯苯基≈3-吡啶基>苯基>N-甲基-N-(2-吡啶基)>>3,4-二甲氧基苯基。接着,我们对高活性的化合物CB-A03、CB-A07、CB-A09、CB-A10、CB-A11、CB-A14、CB-A15、CB-A16、CB-D10和CB-D15进行了亚型选择性的测试。结果显示,以上大部分化合物的亚型选择性高于咯利普兰。除了 CB-A07,其余化合物对亚型PDE4D7的抑制活性高于亚型PDE4A4。此外,带有异丙基的化合物CB-A16对PDE4D7抑制活性是其对PDE4A4抑制活性的2.4倍。最后,为了进一步阐明该类化合物与PDE4D活性口袋中的作用方式,我们分别将化合物CB-A11、CB-C08、CB-D15与PDE4D的蛋白分子(蛋白1XOQ)进行了分子对接。与预期的结果一致,结构中3-环戊氧基-4-二氟甲氧基在活性空腔中的结合方式与原始配体罗氟司特类似,仅有轻微构象变化。化合物结构中环戊氧基和二氟甲氧基与谷氨酰胺(Gln369)的NH2形成两个分子间氢键。第二部分:设计合成哒嗓类PDE4抑制剂我们前期研究发现新型PDE4抑制剂氯比普兰在比格犬实验中无呕吐副作用。因此,本论文以氯比普兰和罗氟司特为先导结构,设计合成了 22个新型哒嗪类PDE4抑制剂。化合物MBPD-A01／13可通过取代苄溴与相应的哒嗪反应获得。化合物MBPD-B01／03通过苯乙腈类衍生物与3,6-二氯哒嗪反应获得。化合物MBPD-B01与02继续与相应的伯胺反应得到MBPDB04～08。化合物MBPD-B01在酸性条件下水解得到MBPD-B09。每一步都获得较好的收率。接着,我们测试了这些化合物对PDE4CAT的抑制活性。结果显示,MBPD-A01～13对PDE4CAT显示出的大部分化合物抑制活性较差。然而,与MBPD-A01～13系列相比,MBPD-B01～09显示出较好的制活性。其中,MBPD-B01的抑制活性与阳性对照药咯利普兰相当。与此同时,本文进行了氯比普兰与PDE4D(3G4K)的分子对接研究,并了发现两个合理的构象,其中一个构象与D159687在PDE4D中的结合模式类似。这两个构象的Ki预测值分别为1.1uM和5.9uM,均低于D159687的Ki预测值(36.6 nM)。我们分析导致其活性降低的可能原因是哒嗪环上羰基氧原子导致的。因此,我们在D159687结构基础上进行简单改造,即将与苄基相连苯环直接用哒嗪环替代,设计了联二苯-哒嗪类化合物81,并进行了分子对接研究。结果显示化合物81的Ki预测值值为93.5nM,接近D159687的预测值。这验证了我们的推测,也可以解释为何MBPD-B01～09对PDE4CAT抑制活性高于MBPD-A01～13。