[发明专利]用于调制α-酮戊二酸(2OG)依赖型加氧酶并作为其功能替代的化合物

说明书

本发明涉及一种酮戊二酸依赖性二氧酶的替代共基质，用于其功能建立和调控，目的是实现对癌症、神经退行性疾病和老年性疾病的治疗效果。由失调引起，特别是由柠檬酸循环中的代谢脱轨引起的表观遗传疾病，也是该疗法的重点。

技术领域

本发明涉及的是作为2OG依赖型加氧酶(DIOs)中的α-酮戊二酸(也称2-氧戊二酸酯或2OG)共基质的功能等价的化合物，特别是用于在存在DIOs的竞争性抑制剂，如2-羟基戊二酸(2HG)，的情况下来实现其功能建立。

背景技术

α-酮戊二酸-(2-氧戊二酸酯-2OG)依赖型二氧酶(DIOs也被称为2OG加氧酶)是氧依赖型酶，其将α-酮戊二酸(2-氧戊二酸酯2OG，2KG)用作共基质，将非血红素Fe(II)用作辅助因子。其催化多种氧化反应。这些氧化反应包括(但不限于)羟基化反应、去甲基化、环膨胀、闭环和引入双键。[1][2、3]。

2OG依赖型二氧酶参与大量生物过程和功能。[4、5]。在细菌等微生物中，2OG依赖型二氧酶参与生物合成的基本功能[6-8]。在植物中，2OG依赖型二氧酶参与大量不同的植物代谢反应[9]。其中包括(但不限于)黄酮类生物合成和乙烯生物合成[10]。就哺乳动物和人类而言，2OG依赖型二氧酶在生物合成(如胶原蛋白的生物合成[11]和L-半胱氨酸的生物合成[12])、翻译后修饰(如蛋白质羟化[13])、表观遗传调控(如组蛋白和DNA去甲基化[14])以及能量代谢的传感器等方面均具有功能作用。[15]。

2OG依赖型二氧酶通过将单个氧原子嵌入基质来催化氧化反应。这一点总是与共基质2OG氧化成琥珀酸酯和二氧化碳相关[16]。

许多2OG依赖型二氧酶的催化活性取决于能够将辅助因子铁保持其二价形式或将其还原为这种氧化态的还原剂[1][17-20]。就维生素C(抗坏血酸)也讨论过这种机制。但并非所有功能均能得到解释[21]。

2OG依赖型二氧酶的特征在于共同的催化机制。在第一步骤中，将2OG和基质结合至活性结合位点中[22-24]。2OG在活性中心与铁(II)(Ni II；Mn II)直接配位，而基质以紧邻但非直接配位的方式与金属结合。第二步骤是分子氧的结合，该分子氧在Fe(II)(Ni II；Mn II)中心占据第三位点。从而以形成琥珀酸、二氧化碳和活性金属(IV)氧化物中间体的方式实现氧化脱羧反应，其随后氧化该基质[25-31]。铁的替代和作用是研究的主题[59]。

2004年讨论过细菌2OG依赖型二氧酶，脱乙酰氧基头孢菌素-C合成酶(DAOCS)的替代机制。所提出的“乒乓”机制不同于共识机制(见上文)，2OG和氧首先在没有基质的情况下与酶活性位点的Fe(II)中心结合。然后发生2OG的非偶联氧化，以产生反应性的Fe(IV)-氧化物质，接着释放琥珀酸和二氧化碳并与被氧化的基质结合。但后来在2014年的研究表明，DAOCS也很可能遵循2OG依赖型加氧酶的一般共识机制[32]。

所有的2OG依赖型二氧酶均含有一个保守的双链β-螺旋(DSBH)，其与两个β-片形成裂隙[33、34]。活性位点含有一个高度保守的2-His-1-羧酸(HXD/E...H)-氨基酸残基三联体基序，其中催化必需金属由两个组氨酸残基和一个天冬氨酸或谷氨酸残基固定[35]。但它们在活性中心的氨基酸排列方式不同。

从X射线晶体学、分子动力学计算(MD)和核磁共振光谱发现，某些2OG依赖型二氧酶通过诱导适应机制结合其基质。例如曾观察到人脯氨酰羟化酶同工型2(PHD2)的基质结合中的蛋白质结构变化[36、37]，[38]参与氧稳态的2OG依赖型二氧酶[39]，和异青霉素-N合酶(IPNS)，一种微生物2OG依赖型二氧酶[40]。

在许多疾病中，DIOs的活性会发生改变，通常会降低。鉴于2OG依赖型二氧酶所发挥的重要生物学作用，它们是治疗疾病的重要靶点。

使用小分子作为2OG的功能替代作为共基质的观点迄今为止在此功能方面尚不为人所知，并且是通过影响DIOs来治疗疾病的全新药理方法。从而使得缺乏2-OG或者肿瘤代谢物(如2HG)在酶中的竞争性抑制所引起的病证变得可以治疗。