專利名稱：2-環(huán)基氧或硫取代的羥基苯乙酮治療新陳代謝疾病的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一類2-環(huán)基氧或硫取代的羥基苯乙酮在制備用于預防或治療新陳代謝疾病的藥物中的應用，屬于醫(yī)藥技術領域。
背景技術：
隨著全球經濟的快速發(fā)展，生活水平的日益提高，飲食結構的不斷變化，以及體力勞動的減少，肥胖癥的發(fā)病率與日俱增，成為全球首要健康問題擺在人們面前。據不完全統計，全世界的肥胖癥以每5年翻一番的驚人速度增長，粗略計算發(fā)病人數已近5億。每年肥胖癥促成的直接或間接死亡人數已達30萬，并有可能成為21世紀的頭號殺手。肥胖與艾滋病、吸毒、酗酒并列為世界性四大社會醫(yī)學問題。肥胖不僅是單一的疾病，它還可通過對機體代謝的影響，引起全身多個系統的異常，如循環(huán)系統、消化系統、呼吸系統等，嚴重的危害了人類的身體健康和生命安全，成為多種疾病的“罪魁禍首”。增加了糖尿病、高血壓、脂質異常、缺血性心肌病、腦血管病、膽石癥及某些癌腫、骨關節(jié)病、多囊卵巢綜合征的發(fā)生。引起肥胖癥的病因學很復雜，總體認為肥胖癥與遺傳和環(huán)境因素有密切關系。隨著人類及許多模式生物基因組測序的完成，尋找導致肥胖的遺傳因素是目前科學界研究的熱點問題。通過全基因掃描技術的應用，2007年在國際頂尖學術期刊《科學》和《自然遺傳學》上發(fā)表了三個不同的研究小組的科研成果卜3。他們的結果都顯示FTO基因(FaT massand Obesity associated)與肥胖密切相關。在FTO的第一個內含子中含有多態(tài)性SNPrs9939609的FTO基因純合子的人群比不含有此等位基因的人群的平均體重重3公斤。隨后在不同的國家和民族(包括漢族)的調查都確證了此相關性，相關的文獻在短短一年多時間里已發(fā)表幾百篇。FTO基因最早是從具有融合腳趾的小鼠中克隆到的4’5，突變的小鼠缺失包含FTO基因在內的幾百Kb基因組序列，純合子表現為在胚胎發(fā)育的中腸期死亡，嚴重的面部發(fā)育畸形和左右非對稱性的隨機建立；雜合子主要表現為并趾和胸腺肥大，提示細胞的程序化死亡通路受到影響5。小鼠的FTO基因位于八號染色體上，人的FTO基因位于16ql2.2上，都包含九個外顯子。兩者在蛋白質水平的同源性約為87%。隨著FTO與肥胖關系的建立，人們對于FTO蛋白的功能研究也隨之加快。生物信息學研究預測FTO基因編碼一種依賴二價鐵和酮戊二酸的加氧酶。(相關結果發(fā)表在2007年的《科學》和《BMC Biochem》雜志上6’7。)生化實驗表明FTO對甲基化修飾的DNA單鏈有比較高的活性，對3-甲基化胸腺嘧啶的活性最高，其次是甲基化的胞嘧啶和腺嘌呤，對鳥嘌呤的活性最低。FTO基因在各個組織都有表達，但表達產物在大腦最多，尤其控制能量代謝的下丘腦表達最豐富。FTO基因的表達產物主要定位在細胞核里，顯示核酸可能是FTO的主要底物6。隨后，另一科研小組更詳細的體外生化實驗表明人與鼠的FTO對3-甲基化胸腺嘧啶和尿嘧啶都有活性，但是對3-甲基化尿嘧啶的活性稍高于3-甲基化胸腺嘧啶；同時這兩種酶主要對單鏈核酸有活性，沒有檢測到對雙鏈核酸的活性。綜合這兩點作者建議FTO可能是一種RNA去甲基化酶
8。小鼠體內的FTO基因敲除實驗表明缺失FTO的小鼠，有出生后生長遲緩現象，同時有一個瘦的表現型，能量消耗高，脂肪積累少，這表明，FTO通過對能量消耗的控制來參與體內平衡的調控。并且體重下降主要表現為白色脂肪的減少。在十五個月大的時候，敲除的小鼠純合子體內的白色脂肪基本完全消失，這些結果對FTO在體內引起肥胖的機理提供了線索
9。同時，另外的研究也發(fā)現小鼠FTO基因C末端的376位的異亮氨基酸突變成苯丙氨基酸后可以引起脂肪和體重的明顯下降，由于這個突變可以使FTO去甲基化的活性降低，如此這個小鼠模型建立了 FTO去甲基化酶活性與肥胖的關系1(1。
考慮到FTO基因對于肥胖的重要作用，我們實驗室表達了人FTO基因的蛋白，通過大量克隆與結晶條件的篩選，最終，利用NOG (—種a -酮戊二酸類似物，能與FTO結合但是酶反應不能進行)替代a -酮戊二酸獲得了 FTO蛋白與3-甲基化胸腺嘧啶復合物的晶體結構n。晶體結構提示FTO基因編碼一種依賴鐵和a-酮戊二酸的加氧酶，其活性中心形成一個高度保守呈果醬卷的拓撲結構(ielly-roll motif)，高度保守的His231，Asp233和His307與鐵形成配位鍵，Arg316和Arg322與NOG形成鹽鍵。這些都與以前的生物信息學預測結果一致。但是，通過詳細的結構分析，我們的結構也揭示了 FTO基因所獨有的三點重要信息第一，盡管FTO基因與AlkB家族成員的催化核心結構域非常相似，但是FTO基因具有一個未知功能的C末端結構域。此C末端結構域主要由a-螺旋構成，通過Dali服務器比對，沒有發(fā)現其同源結構，說明其是一種新的結構折疊方式，它與N末端催化核心結構域形成廣泛的相互作用。結合生化實驗結果，C末端結構域對于穩(wěn)定N末端催化核心結構域具有重要作用，并且這種作用對于N末端催化功能非常重要。同時，引起小鼠脂肪減少和體重明顯下降的Ile370Phe突變位于C末端結構域，也從另一個側面說明了 C末端結構域對FTO基基功能及肥胖的重要性。第二，FTO蛋白具有單鏈修飾DNA或單鏈修飾RNA活性的結構基礎。以前的生化實驗表明，hABH2主要對甲基化修飾的雙鏈DNA有作用；hABH31和hABH3主要對甲基化修飾的單鏈DNA或RNA有作用；AlkB對甲基化修飾的雙鏈或單鏈DNA或RNA都有作用，但是對單鏈DNA或RNA的活性比對雙鏈的高；而FTO基因僅僅對甲基化修飾的單鏈DNA或RNA有作用，它對雙鏈DNA或RNA沒有可檢測到的活性。盡管有研究對AlkB和它的人類同源基因hABH2和hABH3的識別雙鏈的結構基礎做了一些探索，但是這些結果并不能解釋FTO僅對甲基化修飾的單鏈DNA或RNA有作用。詳細的結構審查表明盡管FTO蛋白與AlkB家族成員的催化核心結構域都是jelly-roll motif,但是圍繞jelly-roll motif結構域的二級結構單元可能決定了這一個家族的底物特異性。結合序列比對結果，發(fā)明人發(fā)現位于jelly-roll motif結構域的0 5與0 6之間的LI loop是FTO家族蛋白所獨有的，其在不同物種來源的FTO蛋白中都高度保守，但在其它AlkB家族成員中不存在。結構比對也顯示LI loop與結合在AlkB上雙鏈DNA中的非甲基化鏈在空間上有重疊，表明這個LI loop對FTO結合雙鏈DNA是不利的。這間接的提示FTO基因僅僅對甲基化修飾的單鏈DNA或RNA有作用。初步的生化實驗也確證了這一點。就發(fā)明人目前所了解，FTO選擇單雙鏈的機理，是一種以前沒有提到過的全新機理。第三，分析FTO蛋白中與3-甲基化胸腺嘧啶結合的結構細節(jié)，發(fā)明人提出了 FTO基因蛋白對不同的甲基化修飾堿基特異性識別的結構基礎。生化實驗表明，FTO對甲基化修飾的U和T有較高的活性，對C也有部分活性，但是對A和G僅僅有很低的活性。結構分析表明，一系列的氫鍵和疏水作用決定了底物識別的特異性。TyrlOS和His231與3_甲基化胸腺嘧啶核苷的堿基環(huán)，Leul09和Val228與脫氧糖環(huán)形成疏水相互作用。在FTO與3-甲基化胸腺嘧啶核苷形成的三個氫鍵中，有兩個對區(qū)分不同的堿基特異性起著重要的作用一個是R96與3-meT的O2形成的氫鍵，另一個是Glu234主鏈的氨基N原子和3-meT的O4形成的氫鍵，由于其它堿基的化學組成和空間位阻，決定了對C僅有部分活性，但是對A和G僅僅有很低的活性。由于T和U堿基的區(qū)別在3-meT的C5位上多一個甲基，這個甲基與FTO基因蛋白的Glu234側鏈有一定的空間位阻，當把Glu234突變成Ala后，對3-meT底物的活性增強，說明在正常的條件下，FTO蛋白對3-meU的活性比對3-meT活性要高，也說明在體內的生理條件下，甲基化的單鏈RNA可能是FTO的生理底物。參考文獻I. Frayling, T. M. et al. A common variant in the FTO gene is associated with body mass index and predisposes to childhood and adult obesity.Science316,889-94(2007).2.Dina, C. et al. Variation in FTO contributes to childhood obesity andsevere adult obesity. Nat Genet 39，724-6 (2007) 3. Scott, L. J. et al. A genome-wide association study of type 2 diabetesin Finns detects multiple susceptibility variants. Science 316，1341-5 (2007) 4. Peters, T. , Ausmeier, K. & Ruther，IL Cloning of Fatso (Fto)，a novel genedeleted by the Fused toes(Ft)mouse mutation. Mamm Genome 10，983-6 (1999).5. Groop, L. From fused toes in mice to human obesity. Nat Genet 39，706-7(2007).6. Gerken, T. et al. The obesity-associated FTO gene encodes a
2-oxoglutarate-dependentnucleic acid demethylase. Science 318，1469-72 (2007) 7. Sanchez-Pulido, L. & Andrade-Navarro, M. A. The FTO (fat mass andobesity associated)gene codes for a novel member of the non-heme dioxygenasesuperfamily. BMC Biochem 8,23(2007).8. Jia，G. et al. Oxidative demethylat ion of 3-methyl thymine and
3-methyluracilin single-stranded DNA and RNA by mouse and human FT0.FEBS Lett582，3313-9 (2008).9. Fischer, J. et al.Inactivation of the Fto gene protects from obesity.Nature 458，894-8(2009).10. Church,C. et al. A mouse model for the metabolic effects of the humanfat mass and obesity associated FTO gene. PLoS Genet 5，el000599 (2009) 11. Han, Z. et al. Crystal structure of the FTO protein reveals basis forits substrate specificity. Nature 464，1205-9 (2010)

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一類新的用于預防或治療新陳代謝疾病的藥物。所述的新陳代謝疾病包括代謝綜合癥，肥胖，糖尿病，高血糖癥，糖尿病性腎病，高血脂癥，高血壓病，冠心病，動脈粥樣硬化性心血管疾病，心腦血管疾病，以及由此引起的肝臟、腎臟、甲狀腺疾病等所有與新陳代謝異常有關的疾病。優(yōu)選的用于減肥藥。為解決本發(fā)明的技術問題，采用如下技術方案，發(fā)明人根據FTO基因蛋白酶與底物復合物的晶體結構的數據，利用計算生物學設計小分子化合物來抑制其酶活性，為篩選可用于肥胖治療的藥物提供了可能。目前，通過依據酶結合的3-meT的復合物結構，通過計算機模擬篩選和體外生化功能分析，找到本發(fā)明的小分子化合物的可以作為FTO基因蛋白酶的抑制劑。本發(fā)明的小分子化合物結構如通式(I)所示
權利要求
1.一種由下述通式(I)表示的化合物及其生理上可接受的鹽在制備用于治療肥胖和糖尿病等新陳代謝疾病的藥物中的應用，
2.根據權利要求I的應用，其特征在于，所述的脂環(huán)基選自五-十四元脂環(huán)基。
3.根據權利要求2的應用，其特征在于，所述的五-十四元脂環(huán)基選自五-十四元脂環(huán)基進ー步優(yōu)選的脂環(huán)基選自五元脂環(huán)基、六元脂環(huán)基、九元脂環(huán)基、十元脂環(huán)基、十三元脂環(huán)基、十四元脂環(huán)基。
4.根據權利要求3的應用，其特征在干， 所述的的五元脂環(huán)基選自
5.根據權利要求I的應用，其特征在于，所述的雜脂環(huán)基選自含有1-4個選自N，O或S的雜原子的雜脂環(huán)基。
6.根據權利要求5的應用，其特征在于，所述的雜脂環(huán)基選自含有1-4個選自N，0或S的雜原子的五-十四元雜脂環(huán)基。
7.根據權利要求6的應用，其特征在于，所述的脂環(huán)基選自含有1-2個選自N，O或S的雜原子的五元雜脂環(huán)基、含有1-2個選自N，O或S的雜原子的六元雜脂環(huán)基、含有1-2個選自N，O或S的雜原子的九元雜脂環(huán)基、含有1-2個選自N，O或S的雜原子的十元雜脂環(huán)基、含有1-2個選自N，O或S的雜原子的十三元雜脂環(huán)基、含有1-2個選自N，O或S的雜原子的十四元雜脂環(huán)基。
8.根據權利要求7的應用，其特征在干， 所_￡元雜月旨環(huán)基選
9.根據權利要求I的應用，其特征在于，所述的芳基選自五-十四元芳基。
10.根據權利要求9的應用，其特征在于，所述的芳基選自五元芳基、六元芳基、九元稠環(huán)芳基、十元稠環(huán)芳基、十三元稠環(huán)芳基、十四元稠環(huán)芳基。
11.根據權利要求10的應用，其特征在干， 所述的五元芳基選自
12.根據權利要求I的應用，其特征在于，所述的雜芳基選自含有1-4個選自N，O或S的雜原子的雜芳基。
13.根據權利要求12的應用，其特征在于，所述的雜芳基選自含有1-4個選自N，O或S的雜原子的五-十四元雜芳基；
14.根據權利要求13的應用，其特征在于，所述的雜芳基選自含有1-4個選自N，O或S的雜原子的五兀雜環(huán)基、含有1-4個選自N, O或S的雜原子的六兀雜環(huán)基、含有1-4個選自N，O或S的雜原子的八元稠雜環(huán)基、含有1-4個選自N，O或S的雜原子的九元稠雜環(huán)基、含有1-4個選自N，O或S的雜原子的十元稠雜環(huán)基、含有1-4個選自N，O或S的雜原子的十三元稠雜環(huán)基、含有1-4個選自N，O或S的雜原子的十四元稠雜環(huán)基。
15.根據權利要求14的應用，其特征在干， 所述的含有1-4個選自N，O或S的雜原子的五元雜環(huán)基選自
16.根據權利要求1-14項中任意ー項所述的應用，其特征在于，所述的A環(huán)選自
17.根據權利要求1-14項中任意ー項所述的應用，其特征在干， 所述的R選自氫、取代或非取代的C1-4直鏈或支鏈烷基、羥基、取代或非取代的C1-4直鏈或支鏈烷氧基、C1-4烷氧C1-4烷基、巰基、取代或非取代的C1-4直鏈或支鏈烷硫基、氨基、取代或非取代的C1-4直鏈或支鏈烷氨基、其中包括單烷氨基和雙烷氨基、醛基、取代或非取代的C1-4直鏈或支鏈烷酰基、羧基、取代或非取代的C1-4直鏈或支鏈烷酰氧基、氨基甲?；?、取代或非取代的C1-4直鏈或支鏈烷酰胺基、C2-4的烯烴齒素、硝基、氰基；取代或非取代的苯基、取代或非取代的呋喃基； 取代或非取代的C1-4直鏈或支鏈烷基上的取代基選自羥基、巰基、氨基、醛基、羧基、氨基甲酰基、氟、氯、溴、硝基、氰基、取代或非取代的苯基、取代或非取代的芐基、取代或非取代的含有1-4個選自N，O或S的雜原子的5-6元雜環(huán)基，并且取代或非取代的苯基、取代或非取代的芐基、取代或非取代的含有1-4個選自N，O或S的雜原子的5-6元雜環(huán)基上的取代基選自羥基、巰基、氨基、醛基、羧基、氨基甲?；⒎?、氯、溴、硝基、氰基、C1-4烷基、C1-4烷氧基、C1-4烷氨基、C1-4烷氧C1-4烷基； 取代或非取代的苯基上的取代基選自輕基、疏基、氣基、酸基、竣基、氣基甲酸基、氣、氯、溴、硝基、氰基、C1-4烷基、C1-4烷氧基、C1-4烷氨基、C1-4烷氧C1-4烷基、取代或非取代的苯基、取代或非取代的芐基、取代或非取代的含有1-4個選自N，0或S的雜原子的5-6元雜環(huán)基，并且取代或非取代的苯基、取代或非取代的芐基、取代或非取代的含有1-4個選自N, O或S的雜原子的5_6兀雜環(huán)基上的取代基選自輕基、疏基、氣基、酸基、竣基、氣基甲酸基、氟、氯、溴、硝基、氰基、C1-4燒基、C1-4燒氧基、C1-4燒氨基、C1-4燒氧C1-4燒基；取代或非取代的呋喃基上的取代基選自羥基、巰基、氨基、醛基、羧基、氨基甲酰基、氟、氯、溴、硝基、氰基、C1-4烷基、C1-4烷氧基、C1-4烷氨基、C1-4烷氧C1-4烷基、取代或非取代的苯基、取代或非取代的芐基、取代或非取代的含有1-4個選自N，O或S的雜原子的5-6元雜環(huán)基，并且取代或非取代的苯基、取代或非取代的芐基、取代或非取代的含有1-4個選自N，O或S的雜原子的5-6元雜環(huán)基上的取代基選自羥基、巰基、氨基、醛基、羧基、氨基甲?；?、氣、漠、硝基、氰!基、C1-4燒基、C1-4燒氧基、C1-4燒氛基、C1-4燒氧C1-4燒基。
18.根據權利要求I的應用，其特征在于，所述化合物選自通式(Il)所示的化合物及其生理上可接受的鹽
19.根據權利要求18的應用，其特征在于，所述化合物選自通式(111)所示的化合物及其生理上可接受的鹽
20.根據權利要求I的應用，其特征在于，所述化合物選自通式(I2)所示的化合物及其生理上可接受的鹽
21.根據權利要求20的應用，其特征在于，所述化合物選自通式(I21)所示的化合物及其生理上可接受的鹽
22.根據權利要求I的應用，其特征在于，所述化合物選自通式(I3)所示的化合物及其生理上可接受的鹽
23.根據權利要求22的應用，其特征在于，所述化合物選自通式(I31)所示的化合物及其生理上可接受的鹽
24.根據權利要求I的應用，其特征在于，所述化合物選自通式(I4)所示的化合物及其生理上可接受的鹽
25.根據權利要求I的應用，其特征在于，所述化合物選自通式(I5)所示的化合物及其生理上可接受的鹽
26.根據權利要求I的應用，其特征在于，所述化合物選自通式(I6)所示的化合物及其生理上可接受的鹽
27.根據權利要求26的應用，其特征在于，所述化合物選自通式(I61)所示的化合物及其生理上可接受的鹽
28.根據權利要求26的應用，其特征在于，所述化合物選自優(yōu)選的式(I6)化合物，包括但不限定于，通式(I 62)所示的化合物及其生理上可接受的鹽
29.根據權利要求I的應用，其特征在于，所述化合物選自通式(I7)所示的化合物及其生理上可接受的鹽
30.根據權利要求I的應用，其特征在于，所述化合物選自通式(I8)所示的化合物及其生理上可接受的鹽
31.根據權利要求1-30中任一項的應用，其特征在于，所述的其生理上可接受的鹽選自鹽酸鹽、氫溴酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽，草酸鹽、富馬酸鹽、馬來酸鹽、琥珀酸鹽、檸檬酸鹽、酒石酸鹽、甲磺酸鹽、對甲苯磺酸鹽。
32.根據權利要求1-31中任一項的應用，其特征在于，所述的新陳代謝疾病包括代謝綜合癥,肥胖,糖尿病，高血糖癥,糖尿病性腎病，高血脂癥,高血壓病,冠心病,動脈粥樣硬化性心血管疾病，心腦血管疾病，以及由此引起的肝臟、腎臟、甲狀腺疾病等所有與新陳代謝異常有關的疾病。
33.一種藥物組合物，其特征在于，包括有效劑量的權利要求1-31中任一項的化合物和藥效學上可接受的載體。
全文摘要
本發(fā)明公開了2-環(huán)基氧或硫取代的羥基苯乙酮治療新陳代謝疾病的應用。具體而言，涉及一類如通式(I)所示的化合物在制備用于預防或治療新陳代謝疾病的藥物中的應用。其中X選自H、NO2或OH；Y選自H或OH；Z選自O或S；A環(huán)選自脂環(huán)基、雜脂環(huán)基、芳基、雜芳基；Z和R可以和A環(huán)上任意合適的連接位置相連接；R表示1個或1個以上的取代基。所述的新陳代謝疾病包括代謝綜合癥，肥胖，糖尿病，高血糖癥，糖尿病性腎病，高血脂癥，高血壓病，冠心病，動脈粥樣硬化性心血管疾病，心腦血管疾病，以及由此引起的肝臟、腎臟、甲狀腺疾病。
文檔編號A61P9/10GK102652749SQ20101062115
公開日2012年9月5日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權日2010年12月24日
發(fā)明者彭士明, 柴繼杰, 牛天慧, 韓志富, 黃牛 申請人:北京生命科學研究所