Phosphodiesterase-5 inhibitory and vasodilator action of quinazoline derivatives

Effet vasodilatateur et inhibiteur de phosphodiestérase-5 de dérivés de quinazolines

• Auteur / Autrice : Usana Chatturong
• Direction : Céline Demougeot, Krongkarn Chootip
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie
• Date : Soutenance le 24/08/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté en cotutelle avec Naresuan University -- Phitsanulok, Thaïlande
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pathologies et épithéliums : prévention, innovation, traitements, évaluation (PEPITE) (Besançon) - Pathologies et épithéliums : prévention, innovation, traitements, évaluation
• Jury : Président / Présidente : Corine Girard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Kroekkiat Chinda, Prapapan Temkitthawon, Kornkanok Ingkaninan
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Boris Manoury, Chaweewan Jansakul

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vasodilatation

Hépatotoxicité

Artères mésentériques

Rats de laboratoire

Atrésie pulmonaire

Inhibiteurs de la phosphodiestérase de type 5

Quinazoline

Mots clés libres

Dérivés de quinazolines

PDE5

Vasorelaxation

Artère pulmonaire de rat

Artère mésentérique de rat

Toxicité hépatique

Quinazoline derivatives

Rat pulmonary artery

Rat mesenteric artery

Liver toxicity

Résumé

Les inhibiteurs de la phosphodiestérase-5 (PDE5) représentent le traitement de référence de l'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP), mais ils entraînent également des effets secondaires systémiques liés à un manque de sélectivité pour cette enzyme. Une nouvelle série de dérivés de quinazolines, les N2,N4-disubstituted quinazoline 2,4-diamines, a été développée, avec les composés 4, 5, 8, 9, 10 et 11 présentant une bonne sélectivité pour la PDE5 murine. L’objectif de la thèse a été de caractériser leurs effets inhibiteurs de la PDE5 humaine, leurs mécanismes d'action vasculaire sur l'artère pulmonaire (AP) par comparaison à l'aorte et l'artère mésentérique (AM), ainsi que leur toxicité vasculaire (VSMC) et hépatique (viabilité et induction/inhibition des cytochromes P450 (CYP) de rat). Les composés 5 et 11 ont montré la plus forte activité inhibitrice de la PDE5 humaine, sans cytotoxicité pour les VSMC. Ces 2 composés exercent un effet vasodilatateur sur l’AP, moins efficace que le sildenafil mais plus sélectif de l’AP par rapport à l’aorte. Leurs effets vasorelaxants au niveau de l’AP sont en partie endothélium-dépendants. Ils impliquent une potentialisation de la voie de l'oxyde nitrique (°NO)/guanylate cyclase soluble (sGC)/monophosphate de guanosine cyclique (cGMP) et une inhibition des flux calciques (extra- et intracellulaires) dans l’AP. Leurs mécanismes vasodilatateurs sont différents au niveau de l’AM où ils s’avèrent être activateurs du canal KCa, inhibiteurs calciques et antagonistes alpha-1 (α1)-adrénergiques. Les composés 5 et 11 n'ont pas réduit la viabilité des hépatocytes, mais ont un faible effet inhibiteur du CYP3A à 10 µM de manière similaire au sildénafil. Contrairement aux 2 précédents composés, le composé 8 a présenté une meilleure sélectivité aortique par rapport à l’AP, nous conduisant à évaluer son effet sur la vasculature systémique en utilisant la nifédipine comme comparateur. Au niveau de l’AM, l’effet vasodilatateur du composé 8 est comparable à celui de la nifédipine. Sur le plan mécanistique, l’effet du composé 8 est endothélium-indépendant, et repose sur une potentialisation de la voie sGC/cGMP, l'ouverture du canal KCa, un effet inhibiteur de l’influx calcique et antagoniste des récepteurs α1-adrénergiques. L'administration intraveineuse du composé 8 (0.05 et 0.1 mg/kg) a induit une hypotension artérielle, similaire à la nifédipine pour abaisser la pression artérielle diastolique et la pression artérielle moyenne, mais inférieure concernant l’effet sur la pression artérielle systolique. Le composé 8 n'a affecté la viabilité des hépatocytes et les activités des CYP, sauf à des concentrations élevées (>10 µM) auxquelles un faible effet inhibiteur sur le CYP1A et 3A a été observé. En revanche, la nifédipine a montré un fort effet inducteur sur les activités des CYP1A, 2B, 2C et 3A. En conclusion, le travail de thèse a permis d’identifier 2 composés (5 et 11) qui combinent un effet inhibiteur de la PDE5 humaine, une sélectivité pour la vasculature pulmonaire via des effet endothélium-dépendants et indépendants, une faible toxicité hépatique et une faible risque d’interaction médicamenteuses via les CYPs. Nous avons également identifié un nouveau composé (composé 8) qui présente avec un puissant effet vasodilatateur sur les vaisseaux de résistance, endothélium-indépendant, entraînant un effet hypotenseur et associé à un faible risque de toxicité hépatique. Ces résultats démontrent que les N2,N4-disubstituted quinazoline 2,4-diamines peuvent servir de bases pour le développement de nouveaux médicaments pour de l'HTAP ou de l'hypertension artérielle. Notre étude ouvre des perspectives d’études in vivo qui devront à tester (i) les effets des composés 5 et 11 sur des modèles d'HTAP et (ii) les effets du composé 8 sur des modèles d'hypertension artérielle.

Phosphodiesterase-5 (PDE5) inhibitors are the gold standard treatment for pulmonary arterial hypertension (PAH), but a lack of selectivity for this enzyme can induce systemic side effects. A new series of quinazoline derivatives, N2,N4-disubstituted quinazoline 2,4-diamines, was developed, with compounds 4, 5, 8, 9, 10 and 11 showing good selectivity for rat PDE5. The aim of the thesis was to characterize their inhibitory effects on human PDE5, their vasorelaxant effects and related mechanisms on the pulmonary artery (PA) compared with the aorta and mesenteric artery (MA), as well as their vascular smooth muscle cells (VSMC) and hepatic toxicity (viability and induction/inhibition of rat cytochrome P450 (CYP)). Compounds 5 and 11 showed the strongest inhibitory activity of human PDE5, with no cytotoxicity for VSMC. These 2 compounds induced a vasodilatory effect on PA, which was less effective than sildenafil but more selective for PA compared with the aorta. Their vasorelaxant effects in PA were partly endothelium-dependent. They involve potentiation of the nitric oxide (NO)/soluble guanylate cyclase (sGC)/cyclic guanosine monophosphate (cGMP) pathway and inhibition of calcium fluxes (extracellular and intracellular). Their vasodilatory mechanisms were different in MA, where they are KCa channel activators, calcium channel blockers, and alpha-1 (α1)-adrenergic antagonists. Compounds 5 and 11 did not reduce hepatocyte viability but had a weak CYP3A inhibitory effect at 10 µM similar to sildenafil. Unlike these 2 above compounds, compound 8 showed better aortic selectivity than PA, leading us to assess its effect on systemic vasculature using nifedipine as a comparator. In MA, the vasorelaxant effect of compound 8 was comparable to that of nifedipine. Mechanistically, the effect of compound 8 is endothelium-independent, based on the potentiation of the sGC/cGMP pathway, opening of the KCa channel, inhibition of calcium influx, and antagonism of α1-adrenergic receptors. Intravenous administration of compound 8 (0.05 and 0.1 mg/kg) induced arterial hypotension, similar to nifedipine in lowering diastolic and mean arterial pressure, but its effect on lowering systolic arterial pressure was less than nifedipine. Compound 8 did not affect hepatocyte viability and CYP activities, except at high concentrations (>10 µM) at which a weak inhibitory effect on CYP1A and 3A was observed. In contrast, nifedipine showed a strong inductive effect on CYP1A, 2B, 2C and 3A activities. In conclusion, our thesis enabled to identify 2 compounds (5 and 11) that combine a good inhibitory effect on human PDE5, good selectivity for pulmonary vasculature via endothelium-dependent and independent effects, a low hepatic toxicity and a low risk of drug interaction via CYPs. We have also identified a new compound (compound 8) with a potent endothelium-independent vasorelaxant effect on resistance vessels, resulting in a hypotensive effect and associated with a low risk of hepatic toxicity/drug interactions. These results demonstrated that N2,N4-disubstituted quinazoline 2,4-diamines can serve as a basis for the development of new drugs for PAH or arterial hypertension. Our studies paved the way for future in vivo studies to test (i) the effects of compounds 5 and 11 on animal models of PAH and (ii) the effects of compound 8 on animal models of arterial hypertension.