新型N-(苯并[d]噁唑-5-基)磺酰胺的设计、合成及其作为NLRP3炎性体抑制剂的抗炎效果评估

《Bioorganic Chemistry》：Design, synthesis, and anti-inflammatory evaluation of novel N-(Benzol[d]oxazol-5-yl)sulfonamides as NLRP3 inflammasome inhibitors

基于化合物15z设计并合成了苯并恶唑衍生物新系列，发现D12对NLRP3炎症小体抑制活性显著增强（IC50=94.15 nM），通过靶向NACHT结构域抑制炎症小体组装激活，在败血症小鼠模型中延长生存时间，为抗炎药物开发提供新策略。

　　

作者：施振迪（Zhendi Shi）、王蕾艳（Leyan Wang）、黄嘉月（Jiayue Huang）、徐同强（Tongqiang Xu）、陈旭欣（Yuxin Chen）、李晓阳（Xiaoyang Li）、姜宇琪（Yuqi Jiang）

中国海洋大学医学院与药学院，教育部海洋药物重点实验室，中国青岛市玉山路5号，266003

摘要

NLRP3炎性小体的异常激活驱动了多种人类炎症性疾病的发生，这凸显了开发针对NLRP3的小分子抑制剂的紧迫性。在先导化合物15z的基础上，我们设计并合成了一系列新的苯并噁唑衍生物，并进行了初步的结构-活性关系（SAR）研究。代表性化合物D12表现出比15z更强的NLRP3炎性小体抑制活性，其IC₅₀值为94.15 nM。机制研究表明，D12直接作用于NLRP3蛋白的NACHT结构域（K_D = 558.4 nM），有效阻断炎性小体的组装和激活，从而发挥抗炎作用。体内实验表明，D12显著延长了LPS诱导的败血症小鼠模型的生存时间。我们的发现表明，化合物D12是一种有前景的NLRP3抑制剂，为抗炎药物的发现提供了新的途径。

引言

NLRP3炎性小体是一种包含NOD结构域、LRR结构域和pyrin结构域的多蛋白复合物，在先天免疫中起着核心作用。它由传感器蛋白NLRP3、适配器蛋白ASC（含有CARD结构域的凋亡相关斑点蛋白）以及效应蛋白pro-caspase-1组成[1]。当识别到病原体相关分子模式（PAMPs）或损伤相关分子模式（DAMPs）时，NLRP3会通过同型PYD-PYD相互作用寡聚化并招募ASC。ASC随后通过CARD-CARD结构域与pro-caspase-1结合，导致炎性小体的组装和激活。活性的caspase-1会切割gasdermin D（GSDMD），释放其N端片段（GSDMD-NT），该片段形成膜孔[2]。这些膜孔促进了成熟的白细胞介素-1β（IL-1β）和白细胞介素-18（IL-18）的分泌，并触发一种称为焦亡的促炎性细胞死亡方式。此外，线粒体功能障碍、活性氧（ROS）的产生和钾离子外流也被认为是导致NLRP3激活的上游细胞事件[3]。NLRP3炎性小体的适当激活对宿主防御感染和维持免疫稳态至关重要。然而，其异常激活会导致炎症介质的过度释放，并与多种人类疾病的发病机制有关[3][4]，包括cryopyrin相关周期性综合征（CAPS）、2型糖尿病、动脉粥样硬化、痛风、代谢功能障碍相关性脂肪性肝炎（MASH）、神经退行性疾病（如帕金森病（PD）和阿尔茨海默病（AD）、心血管疾病（如心房颤动）以及炎症性肠病（IBD）[3][5][6]。鉴于NLRP3在多种炎症途径中的核心作用，它已成为治疗多种炎症相关疾病的高度有前景的治疗靶点。

近年来，已报道了多种结构不同的NLRP3小分子抑制剂及其作用机制[2][7]。迄今为止，已有超过十种候选化合物进入了一至三期临床试验，例如MCC950、DFV890、ZYIL-1、GDC-2394、NT-0796、IZD-334、IZD-174、AZD4144、VTX3232、VTX2735、RRx-001和OLT1177等（图1）[6][8][9][10][11][12][13][14]。这些抑制剂适用于多种疾病，包括炎症相关的心脏代谢疾病（如冠心病、肥胖和心包炎）、神经退行性疾病（如ALS和帕金森病）、自身炎症性疾病（如CAPS）和痛风[2]。此外，还有几种分子正在临床前开发阶段（图1），包括MCC950的衍生物[15][16][17][18][19][20][21]、磺胺类药物[22][23][24][25][26][27][28][29]、吡啶嗪衍生物[30][31][32][33][34]、噻吩吡咯三嗪乙酰胺衍生物[35][36]、天然产物及其衍生物[37][38][39][40][41][42][43][44][45]等[46][47][48]。值得注意的是，这些化合物中尚未有任何一种获得上市批准[2]。从结构上看，大多数处于临床阶段的NLRP3抑制剂都是MCC950的衍生物[2]。MCC950是第一个进入临床试验的磺酰脲类NLRP3抑制剂，曾进展到类风湿性关节炎的二期研究，但由于观察到肝毒性而终止开发[49]。MCC950的类似物GDC-2394也在一期临床试验中因治疗相关的药物诱导性肝损伤而终止[50]。因此，迫切需要开发新的NLRP3炎性小体抑制剂。此前，我们对格列本脲骨架进行了基于结构的修饰，设计了一系列磺胺类衍生物，包括JC124、YQ128、H28和15z[22][23][24][26][27][28]。这些化合物选择性地作用于NLRP3蛋白，对NLRP3炎性小体表现出持续的抑制活性，并在多种NLRP3相关疾病动物模型中显示出显著疗效[23][26][51][52]。

在本研究中，以15z为先导化合物，我们通过骨架跳跃和生物等效替换策略设计并合成了一系列基于苯并噁唑结构的新型NLRP3抑制剂。对这些化合物进行了初步的结构-活性关系研究和生物学表征。选择最具活性的化合物D12进行进一步的机制研究，以评估其选择性和作用机制。此外，我们还评估了D12对小鼠败血症的体内活性。我们的结果表明，D12是一种强效且特异的NLRP3抑制剂，显示出进一步开发用于治疗NLRP3相关疾病的潜力。

化学部分

化学合成

图1概述了化合物D1-D19的合成路线。中间体S2是通过2-氨基-4-硝基酚与溴氰化物的两步取代反应制备的，随后在Fe/NH?Cl条件下还原为S3。S3再与乙磺酰氯发生取代反应生成中间体S4。S4在氰硼氢化钠（NaBH?CN）的作用下与5-氯-2-(2-甲氧基乙氧基)苯甲醛发生还原胺化反应，得到S5。最后，S5与各种羧酸反应

结果与讨论

为了提高选择性并降低毒性，我们对化合物YQ128进行了环化改造，从而得到了化合物15z[26]。然而，15z对NLRP3炎性小体的抑制活性仍有待进一步提高，而且其中存在手性中心，这需要手性分离，理想情况下应予以消除。为了进一步增强15z的活性并解决其手性问题，我们设计了

结论

基于化合物15z，我们通过骨架跳跃和生物等效替换策略设计并合成了一系列新的苯并噁唑衍生物磺胺类NLRP3抑制剂。大多数合成的化合物对NLRP3炎性小体表现出显著的抑制活性。其中，代表性化合物D12和D26的抑制效果优于15z。体外选择性研究表明，D12和D26能够选择性地抑制NLRP3炎性小体

实验部分

除非另有说明，否则使用的试剂和溶剂均来自商业渠道，无需进一步纯化。反应进程通过薄层色谱（TLC）在预涂硅胶60 F254板上进行监测，并在紫外光下可视化，或通过 ninhydrin 处理进行检测。纯化采用硅胶或C18反相硅胶柱色谱完成。¹H NMR和¹³C NMR谱是在JOE 400YH 400 MHz和Agilent ProPlus 500 MHz仪器上记录的

作者贡献声明

施振迪（Zhendi Shi）：撰写初稿、验证、方法学设计、实验研究、数据管理、概念构思。 王蕾艳（Leyan Wang）：验证、实验研究、数据管理。 黄嘉月（Jiayue Huang）：验证、实验研究。 徐同强（Tongqiang Xu）：验证、实验研究。 陈旭欣（Yuxin Chen）：验证、实验研究。 李晓阳（Xiaoyang Li）：撰写、审稿与编辑、项目监督、资金获取、概念构思。 姜宇琪（Yuqi Jiang）：撰写、审稿与编辑、验证、项目监督、实验研究、数据管理。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了山东省自然科学基金、山东省优秀青年学者科学基金（ZR2023YQ062）、山东省高校青年科技创新支持计划（2023KJ032）以及山东省自然科学基金（ZR2025MS1208）的支持。