신규 T-타입 칼슘 채널 억제제로서의 호모피퍼라진 유도체들의 합성과 생리활성 연구

Abstract

Ca^(2+) channel 중 T-type Ca^(2+) channel은 심혈관계 질환, 간질 그리고 신경병증성 통증을 치료할 수 있는 새로운 표적으로 주목받고 있다. T-type Ca^(2+) channel blocker로 처음 시판된 mibefradil (Posicor)이 예상하지 못한 부작용으로 인하여 시장에서 회수되긴 했지만 T-type Ca^(2+) channel blocker로서의 가능성을 제시하였고, 현재 많은 연구가 진행 중에 있다. 따라서 기존의 치료제에서 보이는 부작용을 없애고, T-type Ca^(2+) channel에 대해 선택성이 좋으며 높은 생물학적 활성도를 지닌 새로운 구조를 갖는 저분자 화합물을 개발하는 일이 시급하다. 본 연구에서는 구조기반 가상검색 기술을 이용하여 5개의 약리단을 가지는 신규 T-type Ca^(2+) channel blcoker를 설계하였다. 이 설계를 바탕으로 homopiperazine을 포함하는 thiazole, imidazole, pyrazole등의 헤테로고리화합물들을 평행 용액상 조합화합을 이용하여 총 120개의 library를 확보했으며, amine coupling과 reductive amination 등의 반응을 통하여 목표화합물을 합성하였다. 구축된 library는 T-type Ca^(2+) channel에 대한 in vitro (α_(1G) % inhibition, α_(1G) IC_(50), hERG IC_(50), solubility, N-type IC_(50)), PK (pharmacokinetic property), in vivo (neuropathic pain animal model) 등의 생체활성 시험이 수행되었다. 생리활성 결과를 정리한 SAR 정보를 살펴보면 Series A에서 R2 group에 benzimidazole이 치환되고 R1은 CF3가 치환된 phenyl group을 가진 KKCJ08BI19 화합물이 좋은 활성을 보였고, 특별한 위치 선택성은 보이지 않았다. KKCJ08BI19의 생체활성 시험 결과 α_(1G) channel에 대해 60.73% inhibition, IC_(50)는 1.23±0.04 μM의 수치를 보였다. hERG IC_(50)는 4.97±1.90 μM을 보여 전체적으로 좋은 활성을 나타내었다. 또한 PK study를 수행하여 이 화합물이 약동학적으로 뛰어난 물질임을 확인하였으나, in vivo 결과 혈중에서 빠르게 대사되어서 화합물의 구조가 안정하지 못한 것을 알 수 있었다. Series B는 Series A의 구조에서 카르보닐기의 위치만을 바꿔서 생리활성을 비교하였으며 Series A보다 그 생리활성이 떨어지는 것을 확인하였다. 따라서 좀 더 좋은 활성을 얻기 위해 기존의 방향족 화합물 대신에 지방족 화합물을 치환하였으나 별다른 효과는 보지 못하였으나 phenyl group이 생리활성을 높이는데 필요한 구조라는 것을 알았다. Series C는 이전 Series A에 비하여 phenyl 치환체를 갖는 pyrazole과 amide linker를 사용하여 제작되었으며, 그 저해 활성은 대조군으로 삼은 mibefradil보다 효과가 뛰어났으나, in vivo와 실험결과 통증경감효과 없는 것으로 밝혀졌다. 그 이유는 합성된 화합물의 microsomal 안정성이 떨어지기 때문으로 판명되었다. 본 연구 결과 합성된 화합물들을 토대로 T-type Ca^(2+) channel에 높은 선택성을 가지는 선도 물질을 찾기 위한 연구가 계속 진행 중에 있다.;Ca^(2+) is unique signal messenger penetration into plasma membrane ion channel for response to membrane depolarization, so transmission signals exist in neurons, heart, vascular smooth and endocrine cells. Ca^(2+) channels are associated with hormone secretion, muscle contraction, synaptic transmission and gene expression. Therefore, T-type Ca^(2+) channel has been studied as one of the important drug targets for the treatment of hypertension, epilepsy and neuropathic pain. Mibefradil (Posicor), the first marketed selective T-type Ca^(2+) channel blocker, was withdrawn due to its pharmacokinetic interaction with other drugs (antihistamines). Therefore, there has been an urgent need for the development of selective T-type calcium channel blockers without side effect. As an effort to develop potent and selective T-type Ca^(2+) channel blockers, a library of homopiperazine derivatives was designed and synthesized in an efficient way. Total 120 new compounds were synthesized, of which 48 compounds have been selected for biological investigation. The in-vitro assays against α_(1G) channel, one of the subtypes of T-type Ca^(2+) channels, and hERG channel were examined. In fact, we have found hit compounds showing not only high inhibitory effects on α_(1G) channel but also low affinity toward hERG channel. In series A, KKCJ08BI19 having R2= benzimidazole and R1= p-trifluoromethyl phenyl group shows the highest in vitro efficacy with 60% inhibition Ca^(2+) current at 10 μM. IC_(50) values against a1G and hERG channels are 1.23±0.04 μM and 4.97±1.90 μM respectively. In particular, this compound displayed an excellent PK (pharmacokinetic) profiles in rat. The in vivo assay of KKCJ08BI19 in neuropathic pain animal model demonstrated that the compound shows a significant analgesic effect regarding cold allodynia while there is little response to mechanical allodynia. On the basis of these results, therefore, we need to modify the structure of this series in order to enhance therapeutic properties for preclinical trial.