《Bioorganic Chemistry》：The novel PDE5 inhibitor CPD1 attenuates pulmonary arterial hypertension through dual modulation of cGMP and TRPM8-mediated pathways
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肺动脉高压（PAH）治疗面临疗效与药代动力学限制，本研究开发新型高水溶性PDE5抑制剂CPD1，其在鼠模型中显著降低肺动脉压、逆转右心室肥大，并通过双重调节cGMP通路和TRPM8通道改善钙稳态，抑制血管重塑。
穆云平|孙金林|张新丹|朱慧丹|李斌|邱浩恒|赵正刚|周素金|李芳红|赵艾伦·子健
中国广东省广州市广东工业大学生物医学与药学科学学院
摘要
肺动脉高压（PAH）仍然是一种致命的疾病，治疗选择有限。虽然磷酸二酯酶-5（PDE5）抑制剂如西地那非和他达拉非是标准治疗方法，但其治疗效果受到水溶性差以及对长期血管重塑机制理解不完全的限制。为了克服这些关键限制，我们开发了一种新型的高水溶性PDE5抑制剂钾盐多晶型，命名为CPD1。在单硝酸异山梨酯诱导的PAH大鼠模型中，CPD1表现出优越的体内疗效。它通过显著降低肺动脉压力、逆转右心室肥大以及抑制小肌肉肺动脉的重塑，剂量依赖性地缓解了主要的病理特征。在血管水平上，CPD1显著减弱了对内皮素-1、环匹阿佐酸和1-油酰-2-乙酰-sn-甘油在内皮缺失动脉中的增强收缩反应。从机制上讲，我们发现了一种新的双重途径：除了通过PDE5抑制作用提高环磷酸鸟苷（cGMP）水平外，CPD1还能独特且剂量依赖性地上调瞬时受体电位黑素素-8（TRPM8）通道的表达。这种上调作用使肺血管对TRPM8激活引起的血管扩张更加敏感。我们的发现表明，CPD1不仅是一种更易溶的PDE5抑制剂，而且是一种同时调节cGMP途径和TRPM8通道的首创药物，为纠正PAH中的钙稳态失调和逆转血管重塑提供了有希望的新治疗策略。
引言
肺动脉高压（PAH）是一种进行性和致命的疾病，其特征是肺动脉持续收缩和阻塞性重塑，主要由肺动脉平滑肌细胞（PASMCs）的过度增殖和迁移引起[1]、[2]。这一病理过程导致肺血管阻力升高、右心衰竭和高死亡率。目前的一线疗法，包括磷酸二酯酶-5（PDE5）抑制剂如西地那非和他达拉非，通过作用于一氧化氮（NO）/环磷酸鸟苷（cGMP）途径来促进血管扩张并抑制PASMCs的增殖[3]、[4]、[5]、[6]。然而，它们的临床疗效常常受到药代动力学特性的限制，例如西地那非的水溶性差，这降低了口服生物利用度，需要频繁给药[7]、[8]。因此，仍然迫切需要具有更好药理特性和更高疗效的新PAH治疗方法。
一种克服这些限制的有前景策略是合理设计新的PDE5抑制剂。WYQ-3是一种吡唑并嘧啶酮衍生物，与西地那非相比，其对PDE5的选择性超过3000倍[9]。中国专利文件（CN102020645A）具体披露了WYQ-3的化学结构式和制备方法。与西地那非（图1A）相比，WYQ-3保留了西地那非的核心环结构，该结构与cGMP的分子结构非常相似，从而保持了其活性。然而，侧链苯环上的乙氧基团（可能容易发生代谢裂解）被去除，环状甲基哌嗪被线性N-丁氧基甲酰胺取代。这些修改旨在降低分子刚性并可能提高药物的代谢稳定性[9]（图1B）。尽管如此，由于其水溶性差（< 2 mg/mL），其治疗潜力仍然有限。为了解决这一关键药学问题，我们的团队开发了CPD1，即WYQ-3的一种新型钾盐结晶形式[10]（图1C）。CPD1的显著进步在于它在保持高PDE5抑制活性的同时，实现了显著提高的水溶性（≥ 13 mg/mL），从而有望改善口服生物利用度和给药便利性。然而，其在PAH中的体内疗效和安全性尚未完全研究。
除了药代动力学优化外，深入理解其作用机制对于推进治疗开发至关重要。钙（Ca2+）信号传导的失调，特别是通过储存操作型Ca2+内流（SOCE），是驱动PAH中PASMCs过度增殖的基本机制[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]。虽然已知NO/cGMP/蛋白激酶G（PKG）轴可以负调节SOCE[17]、[18]、[19]、[20]、[21]，但具体的分子相互作用尚不清楚。有趣的是，瞬时受体电位黑素素-8（TRPM8）通道是PASMCs中SOCE的已知调节因子，在PAH中却下调[15]、[22]、[23]。这提出了一个引人注目但尚未探索的假设：增强cGMP作用的药物是否可能通过与TRPM8的功能相互作用来正常化异常的SOCE？
因此，本研究旨在填补这一重要的知识和转化空白。我们的目标是：（1）全面评估新型高水溶性PDE5抑制剂CPD1在单硝酸异山梨酯（MCT）诱导的PAH大鼠模型中的治疗效果和安全性；（2）探讨CPD1的益处至少部分是通过cGMP途径和TRPM8之间的功能相互作用来实现的这一新机制假设。
CPD1的合成与表征
WYQ-3由WuXi AppTec（前身为WuXi PharmaTech）合成。随后的固态形式——钾盐Form B（CPD1）由Crystal Pharmatech Co., Ltd.开发并进行了表征。简要来说，将游离酸形式悬浮在丙酮中，并用氢氧化钾处理。在受控温度条件下搅拌所得混合物，生成结晶钾盐。通过X射线粉末衍射（XRPD）确认了CPD1（Form B）的 identities和高质量纯度。
CPD1在MCT诱导的PAH大鼠中剂量依赖性地减轻心肺病理
CPD1对MCT诱导的PAH表现出显著的治疗效果。CPD1的给药导致RVSP（肺动脉收缩压）剂量依赖性地降低，这是PAH的一个标志（图2A–G）。此外，CPD1治疗有效抑制了MCT诱导的右心室肥大，表现为RVMI（右心室质量指数）下降（图2H）、心肌细胞横截面积减小以及心脏肥大标志物心房利钠肽（ANP）和脑利钠肽（BNP）的表达减少（图3A–E）。值得注意的是，CPD1
讨论
本研究提供了全面的临床前证据，证明新型PDE5抑制剂CPD1是治疗PAH的强大候选药物。我们首次证明，CPD1不仅改善了MCT诱导的PAH大鼠的血流动力学和结构病理，还通过独特的双重调节肺血管TRPC和TRPM8通道来发挥其作用，从而实现了协同的血管扩张效应。
PAH的特点是肺动脉压力升高，右心室
结论
总之，CPD1是一种新型PDE5抑制剂，在缓解PAH病理方面表现出优越的效果。其治疗机制涉及对肺血管钙通道的双重调节——下调TRPC1和TRPC6的同时上调TRPM8，从而抑制PASMCs的增殖，减少血管反应性，并在TRPM8激活时产生协同的血管扩张效应。这些发现使CPD1成为进一步开发的有希望的候选药物，并揭示了
作者贡献
F.L.和A.Z.Z设计并监督了这项研究；Y.M.和J.S设计并进行了实验；X.Z.分析了数据并撰写了手稿；H.Z.、B.L.和H.Q.协助进行了动物实验；Z.Z.和S.Z.参与了化学制备。
作者贡献声明
穆云平：写作——审稿与编辑，原始草稿撰写，方法学设计，资金获取，数据分析，概念化。孙金林：原始草稿撰写，方法学设计，实验设计，资金获取，数据分析。张新丹：方法学设计，实验设计，资金获取，数据分析。朱慧丹：方法学设计，实验设计，数据分析。李斌：方法学设计，实验设计，数据分析。邱浩恒：实验设计，数据分析。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：本文的数据涉及专利CN201910505948.5，该专利归深圳汉晖制药科技有限公司所有。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（82100064和82403321）对YPM和SJZ的支持；广东省医学研究基金（B2025227）对JLS的支持；中国博士后科学基金（2025M783591）对XDZ的支持；非传染性疾病-国家科技重大项目（2023ZD0506900）对AZZ的支持；广东省基础与应用研究基金（2023A1515110036和2024A1515140101）对SJZ和AZZ的支持；广州市科技计划的支持。
