1. 研究目的与意义
前列腺素类化合物是一类在体内广泛存在的脂类调节因子，包括前列腺素和血栓烷素。其中前列腺素E2（PGE2)是最为常见的和重要的物质。可引起血管舒张、缓激肽释放、产生过氧化物、水肿等, 多年来一直被认为是最重要的炎症介质 , 与发热的关系极为密切。目前认为, PGES是催化生成PGE2 的末端酶类, 至少包括cPGES 和mPGES-1、mPGES-2 三种亚型, 其中cPGES 和mPGES-2 是持续性表达, 维持PGE2 基础分泌的, 只有mPGES-1 是可诱导型的,较适合于作为药物作用的靶点。mPGES-1 抑制剂只抑制PGE2的合成, 而不影响其他前列腺素的合成, 特异性更强、产生副作用的可能性更小。
2. 文献综述
抗炎药物的重要靶点mPGES-1
摘要：mPGES-1具有明显的优点，它不像非甾体抗炎药一样易引起胃肠道副反应，可以降低此类副作用。mPGES-1在炎症、发热、疼痛以及动脉粥样硬化和肿瘤发生过程中都发挥了重要作用。mPGES-1是解热镇痛抗炎药更优选的一个靶点,同时也是开发动脉粥样硬化、中风、肿瘤等疾病治疗药物的一个潜在靶标。综述膜结合型前列腺素E2合酶-1(mPGES-1)的生物学性质、生理和病理作用,以及mPGES-1抑制剂的研究现状。
关键词：mPGES-1；抗炎；mPGES-1抑制剂
前列腺素类化合物是一类在体内广泛存在的脂类调节因子，包括前列腺素和血栓烷素。其中前列腺素E2（PGE2)是最为常见的和重要的物质。可引起血管舒张、缓激肽释放、产生过氧化物、水肿等, 多年来一直被认为是最重要的炎症介质 , 与发热的关系极为密切。PGE2的生物合成受3种酶的顺序调控，首先是细胞膜上的磷脂在磷脂酶A2,的作用下，释放花生四烯酸(AA)；而后，花生四烯酸被环氧化酶(COX)催化形成前列腺素G2(PGG2)和前列腺(PGH2)；PGH2再被前列腺素E2合酶(PGES)催化产生PGE2。图（1）
目前认为, PGES是催化生成PGE2 的末端酶类, 至少包括cPGES 和mPGES-1、mPGES-2 三种亚型, 其中cPGES 和mPGES-2 是持续性表达, 维持PGE2的基础分泌, 只有mPGES-1 是可诱导型的,主要和炎症性PGE2的生成有关，较适合于作为抗炎药物作用的靶点 。mPGES-1 抑制剂只抑制PGE2的合成, 而不影响其他前列腺素的合成, 特异性更强、产生副作用的可能性更小。
图（1）
1 mPGES-1的生物学性质
1.1 mPGES-1的结构
人mPGES-1基因定位于染色体9q34.3，包括三个外显子(136、83和1526 bp)和两个内含子(4.2和8.8 kb)，基因长度14.8 kb，cDNA编码一个由152个氨基酸组成的分子质量为16 000左右的蛋白。GSH是mPGES-1活性必需的辅助因子，但也需要在纯化过程中保证酶活性[2]。在所有MAPEG蛋白（谷胱甘肽代谢有关的膜相关蛋白）中，Arg110都是严格保守的，为mPGES-1的催化活性所必需。mPGES-1是由每个单体组成的四个膜螺旋线和一个在TM1和TM2之间的大的胞质循环构成的同源三聚体。通过比较LTC4合成酶和mPGES-1的结构，表明mPGES-1在能够接触活性部位时构象由封闭到开放的变化发生在LTC4合成酶之前。[3]
1.2 mPGES-1的表达
在致炎因子(LPS、IL-1B等)的刺激下，多种培养细胞(3．549细胞、人关节炎滑膜细胞等)中的COX-2和mPGES-1表达明显上调，同时伴随着PGE2合成增加。COX-2和mPGES-1都定位在微粒体膜上，这一现象充分说明mPGES-1主要与COX-2相偶联，特别是在炎症因子引起的迟发反应中，由mPGES-1和COX-2共同介导PGE2合成的增加。然而，酶促动力学研究发现,COX-2与mPGES-1的诱导情况有时也不一致，因为某些情况下COX-2还可以与mPGES-2偶联，而mPGES-1也可以与COX-1偶联，且COX-2催化产生的PGH2除在mPGES-1的作用下生成PGE2外，还可能生成其他类型的前列腺素，所以COX-2与mPGES-1表达的调节机制既有重叠又有区别。
2 mPGES-1的生理和病理生理作用
2.1 mPGES-1在炎症，发热和疼痛中的作用
经大量炎症实验所得发现mPGES-1减少了胶原性关节炎的发病率和严重程度[4]，同时减少了由胶原抗体诱导产生的关节炎的严重程度[5]，抑制了迟发型对II型胶原蛋白的过敏[6]。而对疼痛模型的研究则显示能够在由醋酸导致的蠕动疼痛测试中减轻疼痛过敏的反应，耗竭脊髓5-HT可减轻脊髓损伤所致的机械性痛觉超敏。此蛋白还有防止外围注入脂多糖后的发热反应的作用，对在炎症状态下mPGES-1与中枢性高热和疼痛的关系进行的大量研究发现：给试验动物注射内毒素或IL-1B后，其大脑内皮细胞中的mPGES-1mRNA水平呈现短暂性显著升高。在采用角叉菜胶诱发足爪周围炎模型大鼠的中枢神经系统,mPGES-1表达和PGE2水平均升高。
2.2 mPGES-1和中风
在缺血性中风中抑制或者基因敲除COX-2可以减弱神经退行性损伤，而在最近的基因敲除研究中则发现mPGES-1对于减弱缺血性损伤也发挥了一些重要作用[7]。在基因敲除mPGES-1后大脑皮层的缺血性PGE2的形成完全被阻断，而在脑室内注射一定量的PGE2后可以恢复一定的缺血症状。
2.3 与癌症的关系
大量研究显示，PGE2在结肠癌及其他癌症的发生和发展中发挥重要的作用[1]。PGE2促进肿瘤的发生是通过促进血管增生、细胞增殖和迁移、对免疫监视和凋亡的抑制以及诱导肿瘤因子，如血管内皮生长因子(VEGF)的产生等一系列生物途径而实现的。而且，还有人发现，在非小细胞肺癌、结肠癌、子宫内膜腺癌、头和颈片状细胞癌、阴茎片状细胞癌、胃癌和乳腺癌中，mPGES-1的水平明显升高。这些均提示，mPGES-1与肿瘤的发生有一定的关系。
2.4 与心血管系统的关系
实验数据显示在老鼠中缺乏mPGES-1后无论是血栓形成还是血压都会增加。因此，mPGES-1的存在并不会对血栓的形成和血压升高造成影响。由mPGES-1诱导产生的PGE2促进了动脉粥样硬化，而mPGES-1缺失则阻碍了动脉粥样硬化的进展。这些研究表明，mPGES-1选择性抑制剂可能会产生心血管保护效应，而且由于其对PGI2合成的效应与COX-2抑制剂不同，对心血管的影响会小于后者。
2.5 对泌尿、生殖系统的作用
在雌性大鼠黄体生成过程中，血管内皮生长因子能促使COX-2和mPGES-1表达升高，增加PGE2的合成，而且能形成一个正反馈调节，促进黄体细胞的形成。接受促性腺激素刺激后，雌性小鼠生殖系统内的卵泡颗粒细胞层出现mPGES-1高表达，而cPGES的表达未受影响。在雄性动物生殖系统也有mPGES-1表达，且不同种属动物体内mPGES-1表达的最高部位不同：鼠类是在输精管、兔子和猪是在睾丸中。
3 mPGES-1的抑制剂
3.1 非甾体抗炎药和环氧和酶抑制剂
某些具有羧基或者磺胺基团的选择性COX-2抑制剂也确定为mPGES-1的抑制剂，但是发挥作用的有效浓度要比COX-2的抑制剂高得多[8]。mPGES-1能够被塞来昔布 (IC50= 22μM),罗美昔布 (IC50 = 33μM), 伐地考昔(IC50=75μM)等抑制,而且只有当依托考昔和罗非考昔的半数抑制浓度达到200μM时才能有效。大多数传统的非甾体抗炎药并不能够抑制mPGES-1，也只有舒林酸的硫化物也就是它的活性代谢产物才有一些较弱的抑制作用。
3.2 内源性脂肪酸和脂质介质
表一
结构 | [M] (cell-free) | |
化合物1 | 0.3 | |
化合物2 | 1-2 | |
化合物3 | 0.3 |
mPGES-1能够被不饱和脂肪酸比如花生四烯酸（化合物1），二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸等（化合物2）所抑制，其他脂肪酸比如软脂酸和庚酸只有微弱的阻断作用。在许多的类花生酸的15位存在羟基，而这种基团的存在对于抑制mPGES-1是不利的，因此这种物质的作用并不强烈。除此之外，PGJ2（化合物3）被发现其活性和花生四烯酸相当，也可以作为mPGES-1的抑制剂考虑。（表一）而LTC4(IC50 = 5 μM)因为分子结构中的谷胱甘肽的存在被发现可以适度地抑制mPGES-1。因此,LTC4通过与谷胱甘肽发生竞争性结合从而抑制了微粒体谷胱甘肽转移酶的活性，这种机制类似于mPGES-1的表达过程。[9]
3.3 合成的mPGES-1抑制剂
表二
化合物 | 结构 | [M] (cell-free) | [M] (cellular) | [M] (whole blood) |
MK-886衍生物 | ||||
R= | H | 0.007 | 0.49 | - |
R= | 0.003 | 0.27 | >40M |
近年合成的抑制剂主要有MK-886的衍生物、阿扎吩咪唑类以及菲咪唑类化合物。MK- 886的吲哚衍生物最初被作为强有力地抑制LT形成的抑制剂而后它对于mPGES-1的抑制作用也逐渐被发现。MK-886的羧酸基团对于抑制剂来说是至关重要的，因为羧酸的酯化和酰胺化会强烈减弱对mPGES-1的抑制作用。而在衍生物吲哚环的C5进行结构修饰后可以明显提高抑制剂的抑制作用。（表二）
作为JAK激酶的抑制剂阿扎吩苏氨酸胺咪唑类化合物azaphenanthro[9,10-d]imidazoles，对于mPGES-1有一定的抑制作用，但常常作为先导化合物而开发新的抑制剂结构。菲咪唑类化合物则以化合物7的结构最好，对靶点的抑制作用较为有效。（表三）
表三
化合物 | 结构 | [M] (cell-free) | [M] (cellular) | [M] (whole blood) |
azaphenanthro[9,10-d]imidazoles | ||||
4 | R=2Cl,6F-苯基 | 0.14 | 1.6 | - |
5 | R=2,6-间氯苯基 | 0.56 | 5.1 | - |
6 | R=2Br苯基 | 0.33 | 0.65 | - |
Phenanthro[9,10-d]imidazoles | ||||
7 | R1=CN | 0.001 | 0.046 0.42 | 0.8-1.3 |
R2=CN | ||||
R3=Cl |
b代表在50% BSA的存在
4 小结
解热镇痛抗炎药的社会需求量很大, 但目前大量使用的非选择性COX抑制剂及COX-2 选择性抑制剂都存在不可避免的副作用[10]。PGES作为PGE2合成途径末端酶类, 其中只有mPGES-1 是可诱导型的, 通过抑制mPGES-1 来抑制PGE2, 具有更强的特异性, 副反应更少,降低了对心血管疾病的风险弥补了其他抗炎药的一般缺陷，所以 mPGES-1 是解热镇痛抗炎药更优选的一个靶点, 可能是提升现有解热镇痛抗炎药的一个重要靶标。同时也是开发动脉粥样硬化、中风、肿瘤等疾病治疗药物的一个潜在靶标。因此，设计并筛选出有效地选择性mPGES-1抑制剂，不但是跨越抗炎靶点的重要里程碑同时对于其他疾病的治疗也有重要意义。
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3. 设计方案和技术路线
基于mPGES-1受体和选择性配体构建了相关药效团模型。通过系统地比较与分析药效团模型,筛选出有效的配体小分子，可供mPGES-1的抑制剂考虑。作为基于mPGES-1受体结构的药物设计的补充,这一系列的计算机模拟研究从基于mPGES-1配体的研究角度加深了我们对抗炎靶点机制的认识,为mPGES-1选择性配体的发现提供了一个新的思路。
技术路线：配体小分子的准备 蛋白文件处理 药效团模型的构建（或分子对接） 药效团模型的验证 虚拟筛选
获得有效配体小分子4. 工作计划
2022.12022.2 根据抗炎靶点mPGES-1进行文献调研；
2022.32022.4 根据文献对靶点mPGES-1 建立药效团；
2022.42022.5 筛选出合适的对药效团模型有效地分子结构进行药物分子的设计；
5. 难点与创新点
mPGES-1抑制剂只抑制PGE2的合成, 而不影响其他前列腺素的合成, 特异性更强、产生副作用的可能性更小。mPGES-1具有明显的优点，它不像非甾体抗炎药一样易引起胃肠道副反应，可以降低对心血管系统的风险。mPGES-1是解热镇痛抗炎药更优选的一个靶点,同时也是开发动脉粥样硬化、中风、肿瘤等疾病治疗药物的一个潜在靶标。设计并筛选出有效地选择性mPGES-1抑制剂，不但是跨越抗炎靶点的重要里程碑同时对于其他疾病的治疗也有重要意义。
目前市场上还没有有效地mPGES-1的抑制剂，因此本课题本身就具有一定的创新性，同时使用Discovery studio软件进行药物设计是当前药物设计界的一般趋势和药物开发的重要手段。以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
