阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease,AD)是一种多发于老年人的慢性退行性神经疾病,患者会出现记忆力下降,认知功能障碍等一系列临床症状,生活自理能力变差,由此给家庭及社会带来沉重的负担。我国目前即将进入老龄化社会,阿尔茨海默症正在成为我们医疗、卫生、护理行业所面临的重要挑战。目前临床上使用的AD治疗药物(卡巴拉汀、加兰他敏、多奈哌齐和美金刚)只能改善症状,而不能从根本上治愈AD。根据β-淀粉样蛋白假说,β-淀粉样前体蛋白(β-APP)经β-分泌酶(BACE1)和γ-分泌酶切割产生的多肽片段Aβ具有神经毒性并在脑内沉积形成老年斑,是AD发生发展的重要原因。因此,根据β–APP被蛋白酶水解产生Aβ多肽的途径,处于上游的β–分泌酶被普遍认为是发现新型AD治疗药物的靶点,发现BACE1抑制剂成为开发新型AD治疗药物的重要策略。本研究在综合分析文献中研究结果的基础上,选定能够通过血脑屏障的以亚氨基咪唑啉酮为核心结构的弱BACE1抑制剂(本文中编号为I-1)为先导化合物,对其进行结构修饰,希望新化合物能在保持通过血脑屏障能力的同时,增加对BACE1的抑制活性,得到新型的、能够通过血脑屏障的BACE1抑制剂。在分析先导化合物和BACE1活性位点结合相互作用的结构特征基础上,本研究首先设计了结构类型I、II和III等三类结构的化合物,然后根据这三类化合物抑制BACE1活性的评价结果,进一步进行结构修饰设计了结构类型IV和V两类化合物。在结构类型I、II和III的BACE1抑制剂的设计中,以先导化合物为基本骨架,融合进Rivastigmine、Ladostigil和Selegiline的结构片段的同时,改变其他取代基团的电性和体积,以探索不同特性的取代基对化合物抑制BACE1活性的影响。通过研究,发现化合物I-6和III-5与先导化合物相比较,活性有较大的提高。在此基础上,本研究又设计了结构类型IV和V的BACE1抑制剂,得到了16个抑制BACE1的IC50值在1μM以下的化合物。对设计的五类结构的化合物进行了合成,一共经由14条合成路线,成功制备了66个目标化合物。其中,结构类型I的化合物33个、结构类型II的化合物4个、结构类型III的化合物5个、结构类型IV的化合物12个和结构类型V的化合物12个。所有这些化合物均为新的化合物,其结构在研究中均经过1H-NMR谱和MS谱的确证。在这些目标化合物的合成过程中,还制备了85个新的中间体,这些中间体的结构也均由1H-NMR谱确证。利用均相时间分辨荧光光谱法(HTRF)测定了所有目标化合物抑制BACE1的活性。共有18个目标化合物抑制BACE1的IC50<1μM,这些化合物为:I-6、III-5、IV-5、IV-6、IV-7、IV-8、IV-9、IV-10、IV-11、IV-12和V-1、V-5、V-6、V-7、V-8、V-10、V-11、V-12。活性最好的化合物V-10抑制BACE1的IC50为84.7n M,较先导化合物提高了84倍。选取III-5、IV-5、IV-10、V-5和V-6五个目标化合物进行初步的PK和脑分布研究。口服给药小鼠体内初步结果显示,五个化合物均能透过BBB,在靶部位中分布。其中V-6的吸收代谢性质较好,BBB透膜性较好,脑分布量较高,涉及的机制简单,受到其他因素干扰的可能性少,在安全有效性已知的前提下,是代谢性质相对较好的化合物。。本研究合成的目标化合物均含有一个手性中心,进行活性评价的目标化合物均为外消旋体。为此,本研究以化合物V-5为模型化合物进行了制备单一对映异构体的研究,这项研究为得到其他目标化合物的单一对映异构体奠定了基础。基于本研究以亚氨基咪唑啉酮为核心结构的五种结构类型的目标化合物抑制BACE1的活性评价结果,分别对其抑制BACE1的活性进行了构效关系分析,综合起来主要如下几条:(1)P1′亚氨基咪唑啉酮环上的胍基=NH基团对保持此类结构的BACE1抑制活性至关重要;(2)在P1苯环间位引入Rivastigmine药效团酚酯结构可以提高化合物抑制抑制BACE1的活性,而引入Ladostigil药效团甲基丙炔苄胺片段则对活性改进不大甚至使活性降低;(3)在分子P1-P3片段引入刚性联苯结构对提高化合物活性具有重要作用;(4)在P3片段部分连接有能够进入S3亚位点(S3sp)合适体积和电性的基团,能够提高化合物抑制BACE1的活性;(5)丙炔氧基、环丙乙炔基和1-氟代乙氧基均是能够与S3亚位点结合的合适分子片段;(6)P2′片段为苯环或环丙基时化合物活性水平相当,说明P2′片段的体积小于苯环对活性影响不大,由此也提示该片段可能能够进一步以比环丙基体积更小的基团替代。对目标化合物I-6、III-5、IV-5和V-6的分子与BACE1的结合方式分别进行了对接模拟研究,该四个化合物的分子与BACE1结合的作用模式的共同特征为:(1)亚氨基咪唑啉酮环上的胍基=NH基团与Asp228及Asp32形成氢键作用,这种作用是化合物具有抑制BACE1活性的结构基础;(2)P2′片段的苯环或环丙基通过疏水性作用与S2′位点结合;(3)P1片段的苯环与S1位点发生疏水性作用;(4)P3片段的苯环或酚酯片段与S3位点发生疏水性作用;(5)P3片段苯环上的取代基与S3亚位点发生作用。本研究所设计的化合物在分子水平表现出较好的活性,选取的化合物进行动物体内透过血脑屏障能力的研究表明,化合物的分子具有穿越血脑屏障的能力,达到了本研究发现新的具有透过血脑屏障能力的BACE1抑制剂的目的。为进一步设计、合成高活性、高选择性并能通过血脑屏障的BACE1抑制剂奠定了基础。