具有噁二唑结构的Nrf2激活剂的发现和结构优化文献综述

Keap1是Nrf2的负调控因子，Nrf2是ARE系统的主效应因子，通过负调节Keap1蛋白激活Nrf2信号来激活ARE系统，这可以诱导一系列的抗氧化应答反应，从而有诱发各种解毒和抗氧化应答基因，从而诱导各种解毒和氧化防御酶和蛋白质ARE依赖性表达的转录调节。

通过激活Nrf2/ARE通路来诱导Ⅱ期抗氧化酶，已成为治疗氧化应激相关疾病的一种相当有前景的调节策略。

Nrf2是位于细胞质中的碱性亮氨酸酶拉链，通过与启动子上的顺式作用元件（抗氧化反应元件，5rsquo;-GTGACnnnGC-3rsquo;)(亲电作用元件）（ARE/EpRE)从而抑制氧化反应，对抗环境压力。在正常环境条件下，Nrf2被锚定在Keap1，会在泛素介导的蛋白酶体降解反应中被降解。Keap1发挥的是Nrf2的负调节作用。这个过程保证了胞浆内的Nrf2维持在一个较低的水平，当细胞处于在氧化应激条件下，例如活性氧ROS，Keap1的半胱氨酸残基会被氧化或烷基化，导致Keap1的结构发生改变，Nrf2会从其内源性抑制伴侣Keap1上分离，不再被泛素化和降解。与此同时，新合成的Nrf2累计并转移到了到细胞核内，与Maf蛋白形成异质二聚体。这种异质二聚体与ARE（抗氧化反应元件）结合，参与抗氧化酶的调节，诱导转录以及化学保护效应。因此，Keap1-Nrf2蛋白-蛋白相互作用（PPI）被认为是抗氧化和电刺激的细胞保护性表达的主要调节方式。除去Keap1位点,其他一些蛋白激酶也被证实可以激活Nrf2,被考虑作为Nrf2相关通路的调节位点。

Nrf2是一种转录因子，其调节主要的细胞防御系统，从而有助于预防包括癌症在内的许多疾病。硒缺乏与较高的癌症风险相关，使得这种必需的微量元素成为癌症预防的有希望的候选者。两种硒蛋白，硫氧还蛋白还原酶-1（TrxR1）和谷胱甘肽过氧化物酶-2（GPx2）是Nrf2的靶标。

Nrf2还可以调节大多数相关的抗氧化和细胞保护基因，例如NQO1,HO-1,GCLM,GP_X,GST_S,和启动子中表达ARE的谷氨酸转移酶家族。Nrf2的激动剂被认为是保护细胞不受反常刺激和化学攻击的有效途径。在慢性和退行性综合征，例如阿兹海默症中发挥重要作用。

一些研究表明，赭曲霉毒素A（OTA）会抑制核因子Nrf2的氧化应激反应途径。在细胞水平，这将减弱（i）谷胱甘肽合成; （ii）氧化型谷胱甘肽的再循环; （iii）氧化还原酶的活性; （iv）II期代谢诱导能力。这种结合的效果将使细胞和组织更容易受到氧化刺激。实际上，Nrf2敲除动物对各种类型的化学诱导损伤表现出了较强的易感性。靶向的Nrf2敲除小鼠在各种组织中表现出显着较低的细胞防御基因表达水平，且更容易受药物诱导的毒性和氧化应激诱发的疾病的影响。一些研究表明，OTA暴露可以抑制Nrf2反应。这种作用最初会导致对生理和化学诱导的细胞应激的易感性增加。然而，长期暴露于OTA会选择性诱导体细胞中Nrf2或其抑制物Keap-1的突变，导致组成型Nrf2激活。 这也从反面证实了Nrf2的激活对生物自我保护机制的重要性。

因为许多研究表明Nrf2在预防各种疾病中发挥重要作用，包括癌症，神经退行性疾病，心血管疾病，急性肺损伤，慢性阻塞性肺病，自身免疫性疾病和炎症，因此开发用于治疗的Nrf2激活剂在未来有着相当大的前景。一类最有希望的Nrf2诱导剂是一系列源自齐墩果酸的三萜类化合物，其本身具有抗氧化和抗癌特性。甲酯衍生物（CDDO-Me）是低纳摩尔浓度的强效Nrf2诱导剂，可强力刺激Nrf2依赖的细胞保护过程。 CDDO-Me之前曾在通用名为bardoxolone methyl的临床试验中进行研究，以评估其治疗各种疾病的可能性，包括慢性肾病，2型糖尿病，肝功能障碍和某些癌症。不幸的是，在2012年10月，由于不良事件终止了bardoxolone methyl的III期试验，但这些不良事件的性质尚未公开。另一种备受瞩目的Nrf2诱导剂是富马酸二甲酯，已被证明其在治疗多发性硬化症的方面既安全又高效。目前正在通过BG-12的III期试验探索富马酸二甲酯治疗多发性硬化症的临床应用，BG-12是一种含有富马酸二甲酯的口服治疗剂。其他的一些天然物质，例如姜黄素，萝卜硫素（SFN），查尔酮，百藜芦醇，和咖啡酸苯乙酯（CAPE）也通过激活Nrf2表现出化学预防作用。此外，小分子直接靶向Keap1-Nrf2 PPI也被一些研究团队发现，这些化合物，肽或合成化合物例如cpd16,(SRS)-5,可以阻止Keap1与Nrf2的二级结构域ETGE或DLG的共价结合。这提供了发展高效Nrf2激动剂成为化学预防剂的新方法。

Keap1-Nrf2通路通过调节解毒和抗氧化酶，ABC转运蛋白和其他应激反应酶和/或蛋白质的基础和诱导表达，在确定细胞对化学和/或氧化损伤的敏感性中起关键作用。 人们越来越关注Keap1-Nrf2通路在保护我们的身体免受药物毒性和应激诱发的疾病中所起的作用。 同时，已经认识到Nrf2促进肿瘤发生和对化学治疗药物的抗性。 癌细胞劫持Nrf2活性以支持其恶性生长，因此Nrf2已成为治疗靶标。 从机械理解到临床应用，Keap1-Nrf2系统的转化研究现在对改善人类健康非常重要。

Nrf2可通过增加许多细胞保护基因的表达来保护细胞和组织免受各种毒物和致癌物的侵害。实验前，实验室已发现了一些可以作为Nrf2激动剂的小分子化合物，它们为发现活性化学预防剂提供了具有前景的化学模型。截至目前为止，我们已经发现了新的具有1,2,4-噁二唑核的Nrf2激动剂。化合物1是首先通过ARE-荧光素酶分子测定从7500多种化合物中筛选出来的。通过分子相似性搜索获得了更多有效的衍生物，得到了比化合物1活性更强的化合物4，作为结构优化的起始，优化生成化合物32。

本实验组发现并优化了具有1,2,4-噁二唑核的Nrf2激动剂的结构。前期组内查阅相关资料和文献，通过ARE-荧光素酶分子测定对7500多种化合物进行了筛选，并从中寻找出具有活性的Nrf2激活剂。采用结合基于2D指纹和基于3D结构的分子相似性搜索，筛选化合物集合，获得了更多有效的化合物。其中，具有相同核心的三种衍生物对于Nrf2具有优于化合物1的诱导性。靶点4被用来作为结构优化的起始位点，改造出了更具有诱导潜能的衍生物32。它在体外上调了Nrf2的基因和蛋白质水平，包括其下游的标志物，例如NQO1,GCLM,和HO-1；且在活体的脂多糖缺陷的小鼠模型中，它显著地抑制了炎症反应。实验结果提供了一种新Nrf2-ARE激活剂的化学型，它仍需要更深入的结构优化 从而通过Nrf2-ARE通路获得具有活性的激活剂。