G蛋白偶联受体（GPCRs）是细胞表面最大的受体家族，其在信号转导过程和药物开发中占据着核心的位置。在所有现代药物中，有40%以上是以G蛋白偶联受体为靶标，其中著名的药物包括奥氮平、氯雷他定、雷尼替丁、替加色罗等。蛋白酶激活受体（PARs）是细胞表面的一种GPCR，是GPCRs超家族成员之一。人类血小板表达PAR-1和PAR-4两种凝血酶受体，是抗血栓药物的靶标之一。在2014年5月，PAR-1小分子拮抗剂Vorapaxar （ZontivityTM）被FDA批准可用于预防血栓形成，它是目前唯一一个通过抑制凝血酶受体活性来治疗血栓症的药物；然而，以PAR-1受体为靶标的抗血栓药物常常导致流血事故发生，因此Zontivity不能用于脑出血患者。PAR-4拮抗被证明不会导致流血事故，因此PAR-4小分子拮抗剂被认为是安全有效的抗血栓药物。目前，除了YD-3之外，没有其他类型的PAR-4小分子拮抗剂被报道。G蛋白偶联内向整流钾通道（GIRKs）是一类通过GPCRs来调控钾离子通道开放和关闭的内向整流钾通道。GIRK1/2广泛存在于中枢神经系统，是大脑中的主要GIRK通道类型，而GIRK1/4是GIRK家族在心脏的主要存在形式。GIRKs通道激活在许多生理和病理过程中发挥重要功能，与神经细胞兴奋性变化、疼痛感知、药物上瘾、癫痫症、唐氏综合症、帕金森症等密切相关。目前已知的GIRK激活剂包括醇类（例如乙醇）、麻醉剂halothane、天然产物naringen和fluxetine类化合物以及最近报道的ML297；但是除了ML297以外，这些激活剂的GIRK活性低且都没有GIRK亚型选择性。人类感觉神经元特异性G蛋白偶联受体MrgXs表达于人的背根神经节（DRG）和三叉神经节（TG）的小直径伤害感觉神经元上，而在中枢神经系统或其他组织器官中不表达或低表达。因此，MrgXs被认为是治疗疼痛的潜在有效靶标，基于MrgXs受体的镇痛药将不会有目前以阿片受体和前列腺素为靶标的镇痛药物所导致的副作用例如药物成瘾、恶心呕吐、肌肉疼痛、腹泻、便秘等。人类有4种MrgX受体，其中MrgX1和MrgX2被认为是参与疼痛调制的两种主要MrgX受体。然而，至今为止没有任何关于MrgX1受体的正向别构调节剂报道。基于以上PAR-4拮抗剂、GIRK1/2激活剂和MrgX1正向别构调节剂的研究现状，本论文通过大量的化学优化和高通量活性筛选以及构效关系研究，最终获得了新型的高活性高选择的PAR-4拮抗剂、GIRK1/2激活剂以及MrgX1正向别构调节剂。主要研究结果如下：1.高活性高选择性PAR-4拮抗剂的研究。基于4-(1-苄基-1H-吲哚-3-基)苯甲酸乙酯2.2的化学结构特征，从Vanderbilt University的小分子化合物库中筛选出160多个与其结构类似的化合物。通过对这些类似物的高通量活性筛选，最终发现了一个具备新颖化学结构的选择性高活性的PAR-4拮抗剂ML354（VU0099704），对PAR-4受体的IC50为140nM，对PAR-1受体的IC50约为10μM。该小分子化合物是继2000年被发现的吲哚唑化合物YD-3之后，国际上第二类PAR-4小分子拮抗剂。但体外药代动力学试验表明ML354的代谢稳定性差，无法用于活体研究。因此以ML354为先导化合物，应用迭代平行合成策略，合成了11个化合物库，共计182个化合物，从中筛选出新型高选择性高活性PAR-4拮抗剂2.551（PAR-4IC50为823nM，PAR-1IC50约为10μM）、2.552（PAR-4IC50为359nM，PAR-1IC50大于10μM）和2.63a2（PAR-4IC50为493nM，PAR-1IC50大于10μM）。构效关系研究表明吲哚核的C-5吸电子基团、C-2甲羟基以及C-3氢键受体官能团是决定化合物PAR-4活性的关键药效团。高通量筛选所获得的ML354以及基于ML354所获得的三个高选择性高活性PAR-4拮抗剂可用于PAR-4受体拮抗治疗血栓症的临床前研究，特别是Tier1in vitro研究阶段；同时它们也为进一步开发PAR-4小分子拮抗剂提供了一种新颖骨架。2.高活性高选择性GIRK1/2激活剂的研究。以2013年发现的国际上第一个GIRK1/2选择性激活剂ML297为先导化合物，应用迭代平行合成策略，合成了11个化合物库，共计172个化合物。活性评价确定了N-Bn和化学结构完全不同的N-CF3是取代ML297的N-Ph的两个有效官能团，首次发现在吡唑核的C-3位存在调节化合物GIRK药理模式（GIRK激活或GIRK抑制）的“分子开关”，并获得了一种新颖的激活因子C-3环丙基。通过结合ML297的激活因子C-3甲基和新发现的C-3环丙基，最终筛选出高选择性高活性的GIRK1/2激活剂3.19.1、3.19.2、3.19.4和3.19.20以及纳摩尔水平的GIRK1/2和GIRK1/4双抑制剂3.13.9、3.17.11和选择性GIRK1/4抑制剂3.17.6和3.17.7。同时，在C-3环丙基上发现了一种新颖的“分子开关”，当甲基在3-环丙基的C-2位时GIRK激活模式被开启，而在C-1位时化合物启动GIRK抑制模式。这一新颖分子开关的发现为研发GIRK1/2和GIRK1/4激活剂或抑制剂指明了化学研究方向，有助于高效率地获得GIRK工具化合物。氟原子经常被添加到生物活性化合物中来提高活性、代谢稳定性、生物可用性、靶标蛋白选择性等，在环丙基C-2位引入两个氟原子出乎意料地获得了高活性的GIRK1/2和GIRK1/4双抑制剂3.23.8，它是研究GIRK1/4亚型通道抑制在心率失常例如心房纤颤（房颤）中的治疗功能的有效工具化合物。用在化合物库3.3中确认的N-Bn和N-CF3取代最优化合物系列3.19的N-Ph，如期获得了高活性高选择性的GIRK1/2激活剂3.27.2、3.27.3、3.27.12、3.29.2和3.29.3。上述新型GIRK1/2激活剂的选择性和（或）激活活性优于先导化合物ML297，是治疗癫痫、唐氏综合症、帕金森症等的有效工具化合物。3.国际上第一个高活性高选择性MrgX1正向别构调节剂的研究。首先通过对NIH的至少300,000个小分子化合物库进行高通量活性筛选获得了4个高活性高选择性的磺酰胺取代的苯酰胺类MrgX1正向别构调节剂SID4258711、SID4262381、SID3665540和SID3607659，其中SID4258711活性最高。随后，以SID4258711为先导化合物，应用迭代平行合成的化学优化策略，合成40个化合物，从中筛选出国际上第一个高活性高选择性的MrgX1正向别构调节剂ML382（即化合物4.431），对MrgX1的EC50为190nM。体外药代动力学试验表明ML382对氧化代谢不稳定，在大鼠和人中的肝脏清除率估值分别为65.7mL min-1kg-1和15.7mL min-1kg-1。另外，ML382在大鼠血浆中有适中的ML382游离分数（free fraction,1.7%），而在人类血浆的游离分数偏低，仅为0.4%。ML382在大鼠血浆中表现出适中游离度，但在大鼠肝脏微粒体中的不稳定性表明ML382作为活体探针药物只适用于非口服的给药方式例如腹腔注射给药、皮下注射给药或者鞘内注射给药。