磷酸二酯酶（PDEs）具有水解細胞內第二信使（cAMP, cGMP）的功能，從而終結傳導的生化作用，含11種亞型。靶向抑制PDEs的藥物研發(fā)取得非常大的成功，目前超過10個抑制劑批準上市；其中PDE5抑制劑最為成功，但缺乏PDE亞型的選擇性，易導致頭痛、鼻塞、消化不良等副作用。難實現選擇性主要是由于PDEs的活性位點具有高度保守性，發(fā)現非活性位點的變構抑制劑有望實現亞型間的選擇性。
本研究首先通過Allofinder預測PDE5潛在的變構位點，發(fā)現兩個潛在位點，其中位點I為研究最為深入的活性位點，位點II具有一個體積達468Å3的潛在口袋。基于位點II進行了In-house naturalproduct library的虛擬篩選，發(fā)現天然產物吳茱萸堿（EVO）及衍生物7b、(S)-7b能有效結合于該位點。體外PDE5抑制活性IC50為2.1 μM, 340 nM和110 nM。
通過構效關系的研究發(fā)現(S)-7d和(S)-7e展現出了非常好的PDE5抑制活性，IC50達到30-50 nM，化合物(S)-7d口服生物利用度可達14%，而化合物(S)-7e僅1%。
通過測試11種亞型的活性發(fā)現(S)-7d和(S)-7e能夠實現高度選擇性，僅在PDE10A上表現出一定的抑制活性。
通過PDE5與(S)-7e的共晶結構發(fā)現，化合物結合于預測的變構位點II。化合物(S)-7e的結合并未顯著改變蛋白的結構特征，但結合了化合物(S)-7e 顯著改變了H-loop (Arg659−His685)，最大變化達到24Å，并直接阻斷了抑制劑/底物與活性位點的結合。
通過突變、不同亞型的比對發(fā)現Asp563對于吳茱萸堿類化合物的活性和選擇性具有非常重要的意義。
最后評估了最優(yōu)的化合物(S)-7d的成藥性，并通過小鼠肺動脈高壓(PH)模型評價了其體內效果，口服20 mg/kg (S)-7d可顯著降低由monocrotaline (MCT)引起的肺小動脈壁厚和高血壓，與10 mg/kg西地那非的水平相當。
總結：
本文通過變構抑制劑策略實現PDE5的高選擇性抑制，首先為PDE5抑制劑的發(fā)現拓寬了思路；其次明確了PDE5變構位點的生物學功能；最后還提供了一類吳茱萸堿新骨架。
參考文獻：
[1] Tianhua Zhang. Discovery of Evodiamine Derivatives as Highly Selective PDE5 Inhibitors Targeting a Unique Allosteric Pocket. J. Med. Chem. 2020. DOI:10.1021/acs.jmedchem.0c00983.
