PPARa/d双重激动剂GFT505衍生物的合成文献综述

课题名称

PPARa/d双重激动剂GFT505衍生物的合成

毕业设计的内容和意义

过氧化物酶体增殖物激活受体（Peroxisome proliferator-activated receptors, PPARs）是核激素受体超家族的一员，作为配体激活转录因子能够同时调控多种基因的表达，是调节脂质代谢、脂肪生成、胰岛素敏感性、炎症反应、细胞生长和分化的重要因子。随着对其研究的深入，人们发现Elafibranor (GFT505)作为一类PPARa/d双重激动剂，能够同时激活PPARa和PPARd，改善胰岛素敏感性，调节机体糖代谢及脂代谢，降低炎症反应，并显示出了治疗非酒精性脂肪肝（Non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD）和非酒精性脂肪性肝炎（Non-alcoholic steatohepatitis, NASH）的巨大潜力。伴随着肥胖和2型糖尿病等代谢综合征的流行，NAFLD的患病率逐年急剧增加，已成为世界范围内最主要的慢性肝病，是一个亟待解决的公共健康问题，而NASH作为一种更为严重的NAFLD表型，因其更差的预后及更高的死亡率，引起了越来越多的关注。然而截至目前，仍缺乏正式获批的针对NASH的有效治疗药物。GFT505的出现则可能为NASH的药物治疗提供了一个新的解决办法。

本课题旨在通过改造PPARa/d双重激动剂Elafibranor（GFT505），合成相关衍生物。通过对相关文献的查阅，了解PPARs家族的结构与生物学功能，掌握相关靶点作用机理及相应配体的结构与活性，熟悉药物基础合成的相关内容，探究可行的合成路线并进行优化。

文献综述

一、非酒精性脂肪肝（Non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD）及非酒精性脂肪性肝炎（Non-alcoholic steatohepatitis, NASH）的药物治疗现状

非酒精性脂肪肝（Nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD）是指在缺乏大量酒精摄入的情况下发生的肝脂肪变性，尽管非酒精性脂肪肝的易感性具有明显的遗传性，但它的发生发展与肥胖和胰岛素抵抗密切相关，常见于中心性肥胖或糖尿病患者。随着肥胖及2型糖尿病等相关代谢综合征的流行，非酒精性脂肪肝的患病率呈上升趋势，已成为欧美等发达国家及我国富裕地区慢性肝病的重要病因，越来越引起人们的关注。非酒精性脂肪肝包括一系列肝脏损伤，包括单纯性脂肪肝（SFL），非酒精性脂肪性肝炎（Non-alcoholic steatohepatitis, NASH）及肝纤维化（Liver fibrosis）和肝硬化（Cirrhosis）。其中，非酒精性脂肪性肝炎往往表现为脂肪变性伴随着肝脏炎症和肝细胞损伤。单纯性脂肪变性通常是一种良性疾病，预后相对良好，但非酒精性脂肪性肝炎由于伴随着肝纤维化甚至肝硬化的发展，往往具有较差的预后，导致肝脏相关的死亡率增加。除此之外，非酒精性脂肪性肝炎甚至还可导致终末期肝病，如肝细胞癌的发生。随着丙型肝炎病毒有效治疗方法的出现与广泛应用，非酒精性脂肪性肝炎预计将在未来成为肝移植的主要原因。

到目前为止，针对NAFLD及NASH尚未有经正式获批的有效治疗药物，当下主流的治疗方式仍为改变生活方式如适当的饮食、控制体重和锻炼等，但这些对大多数患者来说往往很难达到并保持。为此，人们对许多药物进行了研究，然而这些药物均未在大型随机的临床试验中显示出良好的疗效，如胰岛素增敏剂（如吡格列酮）和抗氧化剂（维生素E）在改善NASH患者的肝脏组织学方面显示出一定的前景，但这些药物的长期疗效尚未得到证实。因PPARs在葡萄糖和脂质代谢调控中的重要作用，PPARs被视为NAFLD及NASH极具吸引力的治疗靶点之一，故而，许多PPARs的合成配体也正在被研究作为NAFLD及NASH可能的治疗药物，如Elafibranor（GFT505）及苯扎贝特（Bezafibrate）等。

二、过氧化物酶体增殖物激活受体（Peroxisome proliferator-activated receptors, PPARs）的结构与生物学功能

过氧化物酶体增殖物激活受体（Peroxisome proliferator-activated receptors, PPARs）是核激素受体超家族的一员，作为配体激活转录因子能够同时调控多种基因表达，是调节脂质代谢、脂肪生成、胰岛素敏感性、炎症反应、细胞生长和分化的重要因子。随着研究的深入，PPARs已越来越成为各种代谢性疾病的新药研究领域的热门靶标。

经过多年的努力，人们对PPARs的分子结构以及生物学功能有了一定的认识。PPARs的主要功能结构域为：N末端A/B区（非配体依赖的转录活化域，AF-1），C区（DNA结合域，DBD），D区（协同作用因子结合域），C末端E/F区，包括配体结合域（LBD）和配体依赖的转录活化域（AF-2）。PPARs与其天然或合成配体结合后，再与9-顺视黄酸类受体（RXR）形成PPAR/RXR异二聚体，然后识别并结合靶基因启动子上游的过氧化物酶体增殖物反应元件（Peroxisome proliferator responsive elements, PPRE），从而发挥转录调控作用。同时，这种调控作用受到一系列核受体辅因子的调节。

目前已知PPARs存在3种亚型：PPARa，PPARb/d及PPARg，三种PPAR亚型在氨基酸水平高度同源，结构相似，但在配体选择性，组织分布及生物学行为上有所不同。其中，PPARa主要表达于与脂肪酸分解代谢密切相关的组织中，如肝脏，心脏，骨骼肌等，也分布于肾脏，肠黏膜，棕色脂肪组织等。PPARa的活化可以调节众多基因的转录，包括线粒体脂质过氧化物酶体和微粒体中与脂肪酸氧化有关的基因，是机体调控脂肪酸代谢的重要因子。同时，PPARa在脂质代谢中也发挥着重要作用，参与了脂肪酸摄取、结合、氧化、脂蛋白装配、脂质运输等多个过程。人工合成的PPARa激活剂，如降脂药贝特类（Fibrates）药物包括非诺贝特、氯贝丁酯等，能够激活PPARa，调节脂蛋白的代谢，改善血脂水平，广泛应用于临床治疗高甘油三酯血症。而PPARg则高表达于脂肪组织，在膀胱、肠、肾、脾、肾上腺、肝脏、肺、脑和血管中有低表达。PPARg在调节糖代谢，脂肪细胞分化，脂肪组织生成和胰岛素敏感性中发挥着重要的作用。PPARg的激动剂如噻唑烷二酮（Thiazolidinedione, TZD）包括罗格列酮、吡格列酮等能选择性作用于PPARg，并且通过提高胰岛素敏感性而改善血糖控制，广泛应用于临床治疗二型糖尿病。不同于PPARa和PPARg，PPARb/d的分布比较广泛，几乎在所有组织均有低水平表达，其中主要在骨骼肌中表达。PPARb/d在脂质和胆固醇代谢过程中发挥重要作用，与脂肪酸氧化、胰岛素敏感性等具有密切的联系。

三、PPAR双重激动剂Elafibranor（GFT505）

PPARs三种亚型中的PPARalpha;在肝脏中高表达，同时在脂肪酸转运和b-氧化中发挥重要作用。除此之外，PPARa还参与调节糖异生和炎症反应。与PPARa相似，PPARd能够控制肝脏对葡萄糖的利用与脂蛋白的代谢，并发挥重要的抗炎活性。基于此已知的PPARa和PPARd的生物学功能，PPARa/d双重激动剂可能为NAFLD、NASH及各种代谢性疾病及心血管疾病提供了解决方案。

Elafibranor (GFT505)作为一类PPARa/d双重激动剂，能够同时激活PPARa和PPARd，改善胰岛素敏感性，维持机体葡萄糖稳态和脂质稳态，降低炎症反应，显示出了治疗非酒精性脂肪肝（Non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD）和非酒精性脂肪性肝炎（Non-alcoholic steatohepatitis, NASH）的巨大潜力。到目前为止，许多研究报道了GFT505的临床前和临床数据。在动物试验中，GFT505表现出调节血清甘油三酯、胆固醇和高密度脂蛋白的有益作用，降低了肝脏脂肪的堆积，抑制了促炎症（IL-1b，TNFa，F4/80）和促纤维化（TGFb，TIMP2，Col1a1，Col1a2）基因的表达。GFT505在脂肪变性、炎症和肝纤维化等病理过程中表现出了肝脏保护作用。在伴有血脂异常或前驱糖尿病的中心性肥胖患者中开展的II期研究中，使用GFT505（80mg/天）治疗一个月显著改善了患者血脂和血糖稳态。此外，在使用GFT505治疗的患者中同时观察到肝功能指标的显著改善，表现为g-谷氨酰转肽酶（gGT）、丙氨酸氨基转移酶（ALT）和碱性磷酸酶（ALP）水平的降低。综上所述，GFT505具有良好的治疗NAFLD及NASH的潜能。

Genfit公司正在进行Elafibranor (GFT505)用于治疗伴有肝纤维化的非酒精性脂肪性肝炎（NASH）的III期临床试验。截至目前，已经完成了GFT505用于治疗患有原发性胆源性胆管炎（Primary Biliary Cholangitis，PBC）和对熊去氧胆酸反应不足的患者的安全性和有效性的Ⅱ期临床试验（NCT03124108），并公布了相关的结果。除此之外，还完成了GFT505治疗包括2型糖尿病（T2DM），血脂异常（Dyslipidaemic），胰岛素抵抗（IR），腹性肥胖（Abdominal obesity）在内的代谢性疾病的临床试验。

四、参考文献

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研究内容

1. 前期准备

通过对相关文献的查阅，掌握Elafibranor （GFT505）的分子结构与性质，并对其进行结构改造，熟悉化学合成的相关内容。

二、Elafibranor （GFT505）

1. 参考合成路线

合成过程简述：4-（甲硫基）苯乙酮（I）与4-羟基-3,5-二甲基苯甲醛（II）在乙醇中HCl的存在下的羟醛缩合生成化合物（III），然后在乙腈中用K₂CO₃与a-溴代丁酸叔丁酯（IV）烷基化得到化合物（V）。在二氯甲烷中用三氟乙酸对化合物（V）进行后续水解，得到目标化合物GFT505。

2. 参考实验步骤

（1）合成化合物（III）

将等摩尔当量的（I）和（II）溶解于饱和氯化氢的乙醇溶液中，并将混合物在室温下搅拌6小时。蒸发将溶剂除去，并用硅胶柱进一步提纯产物，获得化合物（III）

（2）合成化合物（V）

将1摩尔当量的化合物（III）溶于乙腈，然后加入3摩尔当量的碳酸钾和3摩尔当量的（IV）。将混合物加热至80℃，并搅拌12小时，随后降至室温，过滤除去盐类物质。再加入3摩尔当量的碳酸钾和3摩尔当量的（IV），再次反应12小时，降至室温，过滤除去盐类物质。重复上述步骤。将所得溶液真空蒸发获得产物，并用硅胶柱（环己烷：乙酸乙酯=90：10）进一步提纯，获得化合物（V）

（3）合成目标化合物

将1摩尔当量的化合物（V）溶解于有机溶剂如二氯甲烷中，并加入10摩尔当量的三氟乙酸。在室温下，将混合物搅拌反应约12小时。蒸发将溶剂除去，并将产物用硅胶柱（二氯甲烷：甲醇=98：2）进一步提纯，获得产物GFT505。

三、GFT505衍生物的合成与结构鉴定

在参考文献中GFT505合成路线的基础上，探索GFT505衍生物的合成步骤及反应条件，完成GFT505衍生物的合成，并进行核磁氢谱和质谱的结构确定。

四、实验结果及分析，并完成毕业论文的撰写

完成毕业论文初稿的撰写，完成论文查重并修改；提交毕设（毕业实习）相关材料，完成毕设答辩；完成毕业论文终稿的提交。

研究计划

2月28日—3月20日：完成文献查阅、开题报告等前期工作

3月21日—5月18日：完成GFT505衍生物的合成实验

5月19日—5月29日：完成毕业论文的撰写工作

5月30日—6月10日：完成毕业论文的评阅与修改工作

6月11日—答辩前：完成毕业论文的校对等工作

特色与创新

过氧化物酶体增殖物激活受体（Peroxisome proliferator-activated receptors, PPARs）是目前代谢性疾病研究的热门靶点之一，对其各亚型受体激动剂的相关研究具有前沿性，是预防和治疗代谢性疾病的新方向。本课题的特色与创新之处在于着眼于非酒精性脂肪性肝炎（Non-alcoholic steatohepatitis, NASH）的潜在治疗药物Elafibranor (GFT505)，鉴于当下尚未有获得正式批准的抗NASH药物，而GFT505在许多临床前及临床试验中又体现出了良好的疗效，具有较理想的治疗NASH等相关代谢性疾病的潜能，引起了越来越多的关注。但根据课题组前期合成的GFT505化合物的肝微粒体实验显示，GFT505在体内半衰期较短，仅为15分钟左右。为改善其代谢特征和脂溶性，我们决定改造GFT505结构，引入三氟甲基或三氟甲氧基，完成GFT505衍生物的制备，用于进一步的研究。