临床数据显示，醛糖还原酶（AKR1B1, ALR2, EC1.1.1.21）是慢性糖尿病并发症发生和发展的重要因素。AKR1B1催化葡萄糖在多醇途径中的还原反应（图1），随后由山梨醇脱氢酶（SDH）将山梨醇氧化为果糖[4][5][6][7]。这一葡萄糖代谢途径被认为是糖尿病并发症的主要发病机制。通常情况下，AKR1B1的活性较低，只有3%的葡萄糖通过多醇途径代谢。然而，在高血糖条件下，AKR1B1的活性会被激活，在某些组织（如晶状体、肾脏、视网膜和周围神经）中，其活性可上升至约33%，表现出胰岛素独立的葡萄糖摄取[2]。因此，高血糖及其刺激的多醇途径代谢增加直接导致各种细胞应激状态，这是慢性糖尿病并发症的根本机制[8]。
如图1所示，高血糖是多醇途径激活的主要原因，并随着时间的推移引发糖尿病并发症。α-葡萄糖苷酶是预防糖尿病最重要的靶点之一。α-葡萄糖苷酶在多糖、寡糖和双糖向单糖的转化过程中起关键作用。由于该酶能将碳水化合物水解为葡萄糖，抑制α-葡萄糖苷酶可以延缓碳水化合物的消化过程。α-葡萄糖苷酶抑制剂在减少葡萄糖摄入和控制血糖稳定性方面最为有效，一些α-葡萄糖苷酶抑制剂已长期用于临床治疗糖尿病[9][10][11]。同时，AKR1B1抑制剂（ARIs）作为一种有前景的治疗药物，能够通过抑制多醇途径中山梨醇的异常积累来预防或减缓糖尿病并发症的进展。因此，开发同时针对AKR1B1和α-葡萄糖苷酶的双重抑制剂对于糖尿病并发症的治疗具有巨大潜力，多功能性将大大提高药物的疗效[12]。
迄今为止，在过去的几十年中已经开发出了多种结构不同的ARIs，一些典型的ARIs如图2所示。羧酸类ARIs（Epalrestat、Zoplrestat、Ponalrestat）和螺内酯类ARIs（Sorbinil、Fidarestat、Ranirestat）是两种主要的AKR1B1抑制剂[6,7][13][14][15][16][17][18][19][20]。羧酸类抑制剂由于对AKR1B1活性位点带正电荷区域的亲和力较高而具有很强的抑制作用。然而，它们的pKa值较低，在生理pH条件下膜渗透性较差，导致体内疗效不佳[15]。相比之下，螺内酯类ARIs在体内表现出一定的活性，但不良副作用（如过敏反应和肝毒性）是临床试验中的主要障碍。这些不良副作用主要是由于它们对密切相关的醛糖还原酶（AKR1A1, ALR1, EC 1.1.1.2）的脱靶抑制所致，而醛糖还原酶在代谢有毒醛类物质中起解毒作用。因此，设计有效的和安全ARIs需要具备良好的靶组织渗透性和限制不良反应的能力。随着对更好ARIs的研究，研究重点转向了能够克服上述两类抑制剂缺点的新化学类型。
如图3所示，AKR1B1包含两个主要的结合位点。第一个是位于辅酶的烟酰胺环与活性位点残基Tyr48、His110和Trp111之间的保守阴离子结合位点。第二个是由Leu300、Trp219、Phe122和Trp20组成的疏水口袋。根据醛糖还原酶的结构分析，确定了强效抑制剂的特征（图3C）。需要一个极性基团（如羧酸或生物等价物氢键受体）与亲水区域的带正电荷的催化残基形成强烈的静电相互作用。此外，还需要一个疏水性芳香结构连接到刚性的π-共轭骨架上，以占据疏水口袋。
在我们之前的研究中开发了几种羧酸类ARIs，其中大多数被证明具有显著的抑制活性[6,18][21][22][23][24]。基于羧酸的ARIs是典型的活性位点抑制剂，它们针对明确的阴离子结合口袋。尽管它们表现出较强的酶抑制活性和良好的选择性，但较差的药代动力学特性限制了其进一步的临床应用。因此，引入了高pKa值的生物等价物来替代传统的羧酸基团，以提高细胞膜的渗透性。在本研究中，开发了一组基于喹啉-4(1H)-酮骨架的新型非羧酸衍生物。在设计中，使用羟基乙酰胺作为N1-乙酸的生物等价物，并通过分子杂化策略在C3侧链引入了具有α-葡萄糖苷酶抑制和抗氧化作用的酚类药效团[25]，以实现AKR1B1/α-葡萄糖苷酶的双重抑制（图4）。这些双重抑制剂旨在将控制高血糖和阻断多醇途径结合起来，有效防止AKR1B1的进一步激活，从而增强治疗糖尿病并发症的效果。本工作的设计理念结合了分子杂化策略和生物等价替换。本文报告了这些非羧酸喹啉酮衍生物的设计、合成和生物活性，它们作为同时针对AKR1B1和α-葡萄糖苷酶的双重抑制剂。
