新型芳唑巰乙酰胺類HIV

1、新型芳唑(嗪)巰乙酰胺類 HIV-1 NNRTI的設(shè)計、合成與活性研 究艾滋病(Acquired Immunodeficiency Syndrome, AIDS)的主要病原體是人免 疫缺陷病毒 1 型(Human Immu nodeficie ncy Virus type 1, HIV-1) 。自從 1981 年被發(fā)現(xiàn)以來 , 艾滋病已經(jīng)成為危害人類生命健康的重大傳染性疾病。雖然高效抗逆轉(zhuǎn)錄療法 (Highly Active Antiretroviral Therapy, HAART)的實施是抗艾滋病治療的一項重大突破 , 但是病毒耐藥性的出現(xiàn)及長期服藥的毒 性問題極大地限制了該療法的應(yīng)用。

2、因此研發(fā)新型的抗艾滋病藥物依然是當(dāng)前一 項重大的科研任務(wù)。HIV-1 非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑 (Non-nucleoside Rreverse TranscriptaseInhibitors, NNRTI)是HAAR療法的重要組成部分。NNRTI具有結(jié)構(gòu)多樣性，但都作用于HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶(Reverse Transcriptase, RT)的疏水性口袋。該類藥物具有高效、低毒的優(yōu)點 , 但是耐藥毒株的蔓延使該類藥物迅速喪失臨床效價。因此新型、高效、低毒、廣譜抗耐藥的NNRTI的研發(fā)是目前抗HIV藥物研究的重要方向之一。在目前的非核苷類抗艾滋病藥物研究領(lǐng)域，由于NNRTI結(jié)合口袋(NNRTIB

3、inding Pocket, NNIBP)本身不存在(需要NNRTI誘導(dǎo)產(chǎn)生)、結(jié)構(gòu)柔韌性較強及 組成的氨基酸極易突變等限制性因素，使精確預(yù)測NNRTI的結(jié)合模式、完全基于 HIV-1 RT的三維結(jié)構(gòu)進行全新抑制劑設(shè)計還存在較大困難。因此，選擇研發(fā)前景較大的化合物為先導(dǎo) , 在對其構(gòu)效關(guān)系及結(jié)合模式分析的基礎(chǔ)上 , 綜合運用結(jié)構(gòu) 生物學(xué)信息、計算化學(xué)技術(shù)及傳統(tǒng)藥物化學(xué)策略進行先導(dǎo)化合物的優(yōu)化 , 是當(dāng)前 發(fā)現(xiàn)新一代NNRTI藥物的有效途徑。三唑四唑巰乙酰胺類化合物是通過高通量篩選 （High-throughputScreening,HTS）得到的一類結(jié)構(gòu)新穎的NNRTI在細胞水平的活性測試中,

4、大多 數(shù)衍生物在亞微摩爾濃度就產(chǎn)生較強的抗 HIV 活性。體外實驗發(fā)現(xiàn)，該類化合物不但對野生型 RT具有較強的抑制活性，而且對 K103N-Y181C雙突變的HIV-1 RT也具有很高的活性,因此三唑/四唑巰乙酰胺類 化合物是非常具有研發(fā)前景的一類 NNRT。本論文即是以此類NNRTI為先導(dǎo)化合 物,在前期初步構(gòu)效關(guān)系及結(jié)合模式分析的基礎(chǔ)上 ,根據(jù)“生物電子等排”、“骨架 躍遷”及“多靶點配體設(shè)計”等藥物設(shè)計基本原理 , 對先導(dǎo)化合物中的“雜環(huán)支 架及氫鍵作用區(qū)”進行廣泛的結(jié)構(gòu)變換 , 構(gòu)建全新的結(jié)構(gòu)骨架。并以新設(shè)計的“等排”、“躍遷”及多靶點“雜合”骨架為母核 , 優(yōu)選先導(dǎo)化 合物中的活性基

5、團 ,對先導(dǎo)化合物中的“疏水作用區(qū)”及“開口區(qū)”進行系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)修飾 , 構(gòu)建起結(jié)構(gòu)多樣的虛擬化合物庫。 通過基于分子對接的虛擬篩選 , 對預(yù) 測活性較高的化合物實施定向合成 ,并經(jīng)體外抗 HIV-1 活性實驗,由此發(fā)現(xiàn)高效 低毒、抗耐藥性且具有自主知識產(chǎn)權(quán)的的新型NNRTI,為該類抗艾滋病藥物的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。目標(biāo)化合物的合理設(shè)計1）基于HIV-1 RT與NNRT復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)以及 NNRTI藥效團的構(gòu)成要素（支架/氫鍵作用區(qū)、疏水作用區(qū)及“開口區(qū)”），在對 三唑/四唑巰乙酰胺類先導(dǎo)化合物構(gòu)效關(guān)系和分子模擬的基礎(chǔ)上 , 按照“生物電 子等排”原理 , 對五元芳雜環(huán)進行結(jié)構(gòu)多樣性的變換 , 構(gòu)

6、建了 1,2,3- 噻二唑、 1,2,3- 硒二唑、咪唑及新三唑等 4類新型的唑類巰乙酰胺骨架 ,并在“開口區(qū)” 引入多種含N、S原子的雜環(huán)基團，以增強該親水區(qū)域的作用力。此外，盡管嗪類 雜環(huán)作為唑類雜環(huán)的非經(jīng)典的電子等排體 , 但是它們具有非常類似的電子排布及生物學(xué)功能為了進一步考察雜環(huán)的種類對活性的影響 , 本論文還設(shè)計了全新的芳嗪類 ( 如噠嗪、三嗪等 )巰乙酰胺骨架。2) 根據(jù)先導(dǎo)化合物的藥效團特征及 “骨架躍遷” (Scaffold Hopping)概念,對芳唑巰乙酰胺類NNRT的“雜環(huán)支架及氫鍵作用區(qū)” 作進一步改造，設(shè)計了雜環(huán)剖開或取代、且結(jié)合模式類似的“躍遷骨架”：用磺 酰胺基

7、團代替唑類雜環(huán),羰基氧原子模擬唑類雜環(huán)上的N、S等雜原子,作為氫鍵 的受體。并在連接鏈引入新的構(gòu)象限制性基團 , 保持與先導(dǎo)化合物具有類似的分子自 由度及活性構(gòu)象。據(jù)此 , 設(shè)計了氨基磺酰胺及磺酰胺吡咯烷“躍遷”骨架。通過對先導(dǎo)化合物分子模擬 , 并結(jié)合具有類似結(jié)合模式的二芳基嘧啶類 NNRTI的結(jié)構(gòu)特征,在唑環(huán)上引入氨基、鹵素等取代基,以增強該區(qū)域與結(jié)合位點 氨基酸主鏈形成氫鍵或鹵鍵的能力。 設(shè)計了雜環(huán)上連有氨基或鹵素的取代噻唑巰 乙酰胺類結(jié)構(gòu)骨架。3)多靶點抑制劑研究已成為當(dāng)前新藥研發(fā)的新策略 ,也是抗艾滋病藥物研究 的新熱點。根據(jù)靶點的結(jié)構(gòu)生物學(xué)信息及先導(dǎo)化合物的構(gòu)效關(guān)系 , 利用“藥效

8、團 整合”的方法 , 并借助計算機手段進行合理設(shè)計是發(fā)現(xiàn)新型雙靶點 HIV 抑制劑的 最有效途徑。在對芳基二酮類HIV整合酶抑制劑及芳唑巰乙酰胺類 NNRT構(gòu)效關(guān)系及結(jié)合 模式分析的基礎(chǔ)上 ,結(jié)合兩類抑制劑結(jié)構(gòu)的相似性 ,充分利用每類抑制劑中的可 修飾位點 , 通過藥效團整合的策略 , 構(gòu)建新型的芳唑巰乙酰胺二酮結(jié)構(gòu)骨架。 4) 以上述新設(shè)計的“等排” 、“躍遷”及多靶點“雜合”骨架為母核 ,優(yōu)選先導(dǎo)化合 物中的活性基團 ,構(gòu)建起結(jié)構(gòu)多樣的虛擬化合物庫。借鑒基于分子對接的虛擬篩選結(jié)果來確定擬合成目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)。 目標(biāo)化合物的合成通過對目標(biāo)分子的結(jié)構(gòu)進行逆合成分析 , 確定化學(xué)合成路線。 目前

9、已合成 1,2,3- 噻二唑、 1,2,3- 硒二唑、咪唑、三唑、噠嗪、三嗪、取 代噻唑巰乙酰胺、氨基磺酰胺乙酰胺及含有二酮酸基團的芳唑巰乙酰胺等 9 大系 列 200 余個結(jié)構(gòu)全新的目標(biāo)化合物 , 其制備方法未見文獻報道 , 具有較高的創(chuàng)新 性,已申請多項國家專利。已完成三嗪巰乙酰胺類NNRTI母核結(jié)構(gòu)硫代三嗪酮的合成。目標(biāo)化合物的活性篩選將設(shè)計合成的部分芳唑巰乙酰胺類衍生物進行了初 步的抗HIV-1（川B）及抗HIV-2 （ROD舌性篩選。結(jié)果表明,在1,2,3-噻二唑及咪 唑巰乙酰胺衍生物中 , 大多數(shù)目標(biāo)化合物都具有較高的抗 HIV-1 活性。共有13個化合物的EC50值低于（或接近）

10、上市藥物奈韋拉平與地拉韋定（陽 性對照藥）；多數(shù) 1,2,3- 硒二唑巰乙酰胺衍生物活性較低 ,且細胞毒性較高；在 新型三唑巰乙酰胺系列中，有多個化合物對野生型 HIV及E138K K103N及 L100I 耐藥株具有顯著的抑制活性,EC50處在微摩爾水平；在氯代噻唑球乙酰系列化合 物中共有4個化合物（IX-B8a、IX-B8e、IX-B8f、IX-B8g）的EC50值達到微摩爾 水平。而且化合物 IX-B8e、IX-B8f 、 IX-B8g 能有效地抑制耐藥株 （E138K、K103N、 L100I）;芳唑巰乙酰胺-二酮酸類化合物X-3A及X-3B對野生型HIV （川B）毒株及 多種耐藥毒株

11、 （E138K、 K103N、 L100I、 L100I） 具有較好的抑制活性 ,單比先導(dǎo)化 合物的活性有所降低； 氨基噻唑巰乙酰胺系列及氨基磺酰胺系列化合物喪失抗病 毒活性。所篩選的目標(biāo)化合物對HIV-2（ROD）均無明顯抑制活性。此外,一些具有較高 活性的目標(biāo)化合物對多種耐藥毒株的活性篩選試驗正在進行中 , 期待有新的發(fā)現(xiàn)本論文還初步探討了各類目標(biāo)化合物抑制HIV-1（川B）的構(gòu)效關(guān)系。利用計算機輔助藥物設(shè)計軟件對發(fā)現(xiàn)的活性化合物進行了分子模擬（Dock）及3D-QSAR研究, 佐證了構(gòu)效關(guān)系結(jié)論 , 為進一步結(jié)構(gòu)修飾提供了合理的指導(dǎo)。本論文對部分目標(biāo)化合物中進行了抗流感病毒活性的隨機篩選

12、 ,結(jié)果發(fā)現(xiàn), 化合物IX-A8g和IX-A8h呈現(xiàn)出顯著的抗流感病毒活性,而且對甲型H1N1流感病 毒毒株有較高的選擇性及較強的抑制作用。EC50值比幾種對照藥物低1-2個數(shù)量級, 但是這兩個化合物的細胞毒性較大 , 值得進一步結(jié)構(gòu)修飾?？傊?本論文以高效抗耐藥的先導(dǎo)化合物四唑/三唑巰乙酰胺類 NNRTI為模 板, 在作者前期初步結(jié)構(gòu)修飾的基礎(chǔ)上 , 結(jié)合構(gòu)效關(guān)系結(jié)論及藥效團特征 , 分別根 據(jù)藥物設(shè)計中的“生物電子等排” 、“骨架躍遷”及“多靶點配體設(shè)計”等原理 , 對先導(dǎo)化合物進行結(jié)構(gòu)多樣的骨架變換 ,并應(yīng)用藥物設(shè)計軟件進行虛擬篩選 ,避 免了合成的盲口性。 本課題總共設(shè)計合成了 9個系列共 200余個結(jié)構(gòu)全新