DCK類抗HIV化合物的擴展研究.pdf

1、Suksdorfin(1)是美國北卡大學藥學院K.H.Lee課題組從植物LomatiumSuksdorfii的果實中分離而得的雙氧雜三環(huán)稠雜環(huán)化合物,具有明顯抗HIV活性。Lee小組以此化合物為先導,進行了一系列的結(jié)構(gòu)修飾和生物活性觀察,先后獲得DCK(2)和4-甲基-DCK(11)等化合物,其極低的EC50值和極高的TI值引起了極為廣泛的關(guān)注。
　　 最近的藥理作用機理研究表明[17],HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶可能是DCK類化合物的

2、作用靶點,DCK類化合物不明顯抑制依賴RNA的DNA合成,而對依賴DNA的DNA聚合酶的活性具有強的抑制作用,這一獨特的作用位點使得DCK類化合物極具成為臨床用藥的潛力。因此,對DCK類化合物進一步的化學修飾和結(jié)構(gòu)改造研究,進而揭示其結(jié)構(gòu)與活性之間的關(guān)系,一方面可以為尋求活性更好的先導化合物提供信息和線索,同時還可通過化合物的活性及化合物上各基團的特性,探測與之相結(jié)合的作用靶點生物大分子的模型和結(jié)構(gòu)狀況,對研究這類化合物的分子藥理作用機

3、制具有重要的學術(shù)意義。
　　 近年來,本課題組相繼完成了用N,N-,O,N-,N,O-,O,S-及S,O-分別代替DCK類化合物中A環(huán)或C環(huán)原有的氧原子而形成的三環(huán)稠雜環(huán)衍生物的合成及生物活性測試,其中7-thio-DCK(21a)、1-thio-DCK(22b)、和4-甲基-DCK的內(nèi)酰胺類似物(17a)(N,O-雜)均顯示出優(yōu)異的抗HIV活性。
　　 課題組進行了8-位不同烴基取代的三環(huán)稠雜環(huán)化合物(23)的合成及生

4、物活性研究。合成了四個8,8-二取代-4-甲基-DCK類似物(23a-d),結(jié)果表明8-甲基-8-乙基-4-甲基-DCK(23b)的活性比其它三個化合物(23a,23c,23d)的活性強,但遠遠不及4-甲基-DCK的活性。這一結(jié)果進一步說明8-位取代基對該類化合物的抗HIV活性有著顯著影響。
　　 這些結(jié)果促使我們進一步開展針對DCK類化合物母核雜環(huán)骨架上雜原子和取代基的化學修飾工作。根據(jù)已獲得的初步構(gòu)效關(guān)系,為了獲得更高效低毒

5、的HIV抑制劑,以及進一步考察8-位兩個甲基、8-位取代基的構(gòu)型以及7-位雜原子對活性的影響,本課題設(shè)計在4-甲基-DCK的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,設(shè)計了下列三個系列的DCK類似物,即4-methyl-7-thio-DCK26、8-Monomethyl-4-methyl-DCK(27-28)、8-Monomethyl-7-thio-4-methyl-DCK(29-30)、8-Monomethyl-7-sulfoxide-4-methyl-DCK(3

6、1-32)以及8-Monomethyl-7-sulfone-4-methyl-DCK(33-34),進行合成和生物活性探索。
　　 美國北卡大學Lee課題組為了拓展結(jié)構(gòu)多樣性以進行QSAR研究,進一步對DCK的A環(huán)進行了結(jié)構(gòu)改造,即將α-吡喃酮環(huán)替代為γ-吡喃酮環(huán)(DCP39a,39b),結(jié)果表明化合物39b不僅在HIVⅢB細胞模型實驗中活性高于4-甲基DCK;在HIV-1RTMDR1變異病毒株細胞模型實驗中遠遠高于4-甲基DC

7、K。這一結(jié)果證明DCK類化合物的A環(huán)具有結(jié)構(gòu)修飾空間,且DCK母核骨架的改變可以顯著改善對變異HIV病毒株的抑制活性。
　　 本課題結(jié)合DCP類化合物的研究成果和前期研究對DCK類化合物結(jié)構(gòu)修飾過程中積累的對構(gòu)效關(guān)系認識和信息,為了探索C環(huán)和A環(huán)結(jié)構(gòu)骨架對活性的影響,尤其是對變異HIV病毒株的活性影響,設(shè)計了下列三個系列的新結(jié)構(gòu)類型的DCK類似物,即C環(huán)芳化DCK類似物(35,36)、苯并呋喃類DCK類似物(37)以及苯并呋喃酮

8、類DCK類似物(38),進行合成和生物活性探索。
　　 此外,這些目標化合物均屬結(jié)構(gòu)新穎的雜環(huán)體系,對于它們的合成在化學上存在著一定的探索性,這將對積累該類雜環(huán)化合物的合成方法和認識新結(jié)構(gòu)類型性質(zhì)具有一定的學術(shù)意義。
　　 根據(jù)逆合成分析法,由7-羥基-4-甲基香豆素、1,7-二羥基萘酚、3,5-二羥基-2-萘酸和間苯二酚出發(fā),經(jīng)過七條合成路線,成功合成了共49個上述目標化合物。并通過HPLC制備分離方法,成功地將多個理

9、化性質(zhì)極其相似的構(gòu)型異構(gòu)體得以分離,獲得了它們的構(gòu)型純的單體,供生物活性測定,為研究該類化合物藥效團空間構(gòu)型與生物活性間的關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。
　　 大部分目標化合物送抗HIV生物活性測試。在已獲得的初步篩選結(jié)果中,化合物26、27a和29a在H9淋巴細胞中顯示非常顯著的抗HIV活性(26:aIC50=38.3μM,aEC50＜0.0383μM,aTI＞1000;27a:aIC50=28.4μM,aEC50＜0.0402μM,aTI

10、＞705.6;27a:aIC50=39.1μM,aEC50＜0.0391μM,aTI＞1000)?；衔?6、35a、100和118c表現(xiàn)出對變異病毒株HIV-1RTMDR良好的抑制活性(26:cIC50=38.3μM,cEC50＜0.0383μM,cTI＞1000;35a:cIC50＞33.19μM,cEC50=2.32μM,cTI＞14.33;100:cIC50＞61.29μM,cEC50=0.899μM,cTI＞68.14;118

11、c:cIC50＞50.58μM,cEC50=11.27μM,cTI＞4.49)。此外,不少化合物表現(xiàn)出不同程度的抗HIV活性。部分目標化合物的最終精確活性數(shù)據(jù)尚在測定中。通過比較,可以得出以下一些DCK類衍生物抗HW構(gòu)效關(guān)系及與其相作用的生物靶分子結(jié)構(gòu)的新信息和新認識:
　　 (1)DCK類化合物的7-位氧原子用硫原子代替后,抗HIV活性明顯增加,且對變異病毒株HIV-1RTMDR具有明顯的抑制活性,說明DCK類化合物結(jié)構(gòu)中7-

12、位硫原子比氧原子更有利于抗HIV活性。
　　 (2)8α-單甲基取代的DCK類似物(27a,29a)具有非常好的活性,TI值分別大于705.6和1000,而相應(yīng)的8β-單甲基取代的DCK類似物(28,30)的活性大大降低甚至完全喪失活性。初步可以說明8-位取代基為α構(gòu)型時更有利于與受體的結(jié)合,DCK類化合物的作用靶點與該類化合物8-位有相對應(yīng)的作用點,8-位基團的體積和構(gòu)型對活性有敏感的影響,8-位的α構(gòu)型空間區(qū)域上有一個可容納

13、小烷基的結(jié)合空腔。在DCK類抗HIV研究中第一次揭示了8-位取代基空間構(gòu)型對活性影響和關(guān)系。
　　 (3)將7-位硫原子氧化為相應(yīng)的亞砜或砜得到的衍生物,其HIV抑制活性顯著降低甚至完全喪失活性?？赡茉蚴?-硫原子被氧化后,7-位的空間體積明顯增大或局部電性的變化,使之不再適合與受體靶點的結(jié)合。
　　 (4)9,10-雙樟腦酯基為α構(gòu)型的化合物(如83,27b,29b)的活性較弱或者完全沒有活性,說明9,10-雙α樟腦

14、酯基取代不利于活性。這也說明與DCK類衍生物相結(jié)合的靶點生物大分子可能在相應(yīng)于DCK的9β-位和10β-位的區(qū)域可能存在一個較大的空腔,該空腔需要大體積的取代基填充嵌入。這與其它DCK類似物的前期研究結(jié)果是一致的。
　　 (5)C環(huán)芳化的化合物35a顯示了良好的抗HIV活性,且對變異病毒株HIV-1RTMDR也具有一定的抑制活性。而具有9,10-位體積更大的取代基的化合物35b和35c的活性顯著降低甚至完全喪失,這說明與這類衍生

15、物相結(jié)合的靶點生物大分子可能在這類衍生物的9,10-位具有一定體積大小的結(jié)合空腔,不能容納太大體積基團的嵌入,也可能是作用于靶標分子不同部位或新靶標的一類化合物。這類結(jié)構(gòu)深入研究將為藥物作用機理研究提供了新的線索和工具分子。
　　 (6)C環(huán)芳化的化合物100顯示了顯著的抗HIV活性,其9,10-位是二個小體積的乙酰酯基,比前述的9,10-雙樟腦酯基的化合物35a的活性更好,尤其是對變異病毒株HW-1RTMDR具有很好的抑制活性

16、。這揭示了我們設(shè)計的C環(huán)芳化母核的結(jié)構(gòu)改變,導致9,10-位取代基的空間位置和體積要求,與過去研究的DCK系列中的情況,發(fā)生了很大的變化。通過C環(huán)骨架結(jié)構(gòu)的改變,可以去除原有DCK類似物的重要藥效團9,10-雙樟腦酯基,從而改善生物利用度和體內(nèi)穩(wěn)定性,是該領(lǐng)域多年研究以來希望突破的一個信息。C環(huán)芳化DCK類似物從化學結(jié)構(gòu)角度講,已不是DCK類化合物類似的母核結(jié)構(gòu),C環(huán)母核結(jié)構(gòu)有了很大的偏差,但仍然顯示了良好的抗HW活性,且對變異病毒株H

17、IV-1RTMDR也具有很好的抑制活性,是一個值得注視的研究方向。
　　 (7)7-嗎啉基取代的化合物118c也顯示了一定的抗HIV活性,但較7-位無取代基的化合物100的活性降低不少,尤其對變異病毒株HIV-1RTMDR的抑制活性降低15倍。初步的活性結(jié)果表明7-位引入較大的取代基對活性不利,這說明與這類衍生物相結(jié)合的靶點生物大分子可能在相應(yīng)于這類衍生物的7-位的空間區(qū)域狹小,不能容納大體積基團的嵌入。
　　 (8)9

18、-單取代基的C環(huán)芳化DCK類似物均沒有顯示抗HIV活性,說明9,10-雙取代比9-單取代更有利于活性。而10-單取代對該類化合物的活性影響如何有待進一步研究揭示。
　　 (9)化合物76a和132表現(xiàn)出一定的抗HIV活性(76a:aIC50=90.6μM,aEC50=42.7μM,aTI=2.12;132;aIC50=58.1μM,aEC50=52.8μM,aTI=1.10)。之前較少發(fā)現(xiàn)僅有香豆素母核結(jié)構(gòu)非常簡單的化合物具有抗

19、HIV活性。該類化合物可能存在潛在意義,是一類值得注意的新結(jié)構(gòu)類型的HIV抑制劑,有待進一步的研究。
　　 以上這些構(gòu)效關(guān)系的研究工作對課題的繼續(xù)深入和靶分子的結(jié)構(gòu)和藥理作用機制探索均具有學術(shù)上的參考意義和啟示作用。
　　 在合成研究工作中,發(fā)現(xiàn)了一些化合物及反應(yīng)的特殊化學行為和性質(zhì),對一些反應(yīng)結(jié)果和機理進行了拓展和追蹤深化的研究和討論,主要包括:
　　 (1)在7-(1,1-二甲基丙-2-炔基硫基)-4-甲基-

20、2H-色烯-2-酮(42)的合成研究過程中,發(fā)現(xiàn)了一個意外的碳鏈重排反應(yīng)。經(jīng)1HNMR、13CNMR、DEPT、HMBC、EIMS和瓜圖譜,確證了該重排反應(yīng)的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)。并對此異常重排反應(yīng)進行了擴展研究,揭示了該重排有一定的普遍性,可能在有機合成上有一定的潛在應(yīng)用價值。并通過研究提出了重排反應(yīng)的可能機理。在探討重排反應(yīng)的規(guī)律研究中,對一系列不同試劑所產(chǎn)生的不同產(chǎn)物,均進行了結(jié)構(gòu)鑒定,并結(jié)合我們提出的重排反應(yīng)的可能機理,作出了合理的解釋。<

21、br>　　 (2)在上述對異常重排反應(yīng)的拓展研究中,在改變反應(yīng)試劑和條件時,還發(fā)現(xiàn)了7-巰基香豆素43與2-甲基-3-丁炔-2-醇74a另一個意外的可能經(jīng)過類似Claisen重排的異常反應(yīng),通過對此異常反應(yīng)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進行包括X-ray單晶衍射分析的確證,提出了其形成的機理。
　　 (3)對7-巰基-4-甲基香豆素43與炔丙位具有不同取代基的炔丙基鹵化物的不同化學行為,進行了分析討論,提出了可能的原因。
　　 (4)在重復(fù)

22、文獻[69]用間苯二酚、氯乙酰氯和無水AlCl3在1,2-二氯乙烷做溶劑的條件下制備6-羥基苯并呋喃3(2H)-酮66時,得到與文獻報道不同結(jié)果后,發(fā)現(xiàn)可用溫和的醋酸銨試劑在80％的乙醇水溶液中專一性水解化合物133的氯乙?；?再加入碳酸鉀進行分子內(nèi)縮合反應(yīng),成功地完成了不經(jīng)分離“一鍋炒”法得到化合物66。
　　 (5)在化合物64合成研究過程中,發(fā)現(xiàn)了化合物65在N,N-二乙基苯胺加熱,除了發(fā)生了Claisen重排外,在化合物

23、65的A環(huán)的2-位引入了一個亞乙基。并對此異常反應(yīng)進行了擴展研究,揭示了該異常反應(yīng)有一定的普遍性,可能在有機合成上有一定的潛在應(yīng)用價值。并通過初步的實驗證據(jù)提出了此異常反應(yīng)的經(jīng)過自由基中間體的可能機理。
　　 (6)對三環(huán)前體64和144進行Sharpless不對稱雙羥化反應(yīng),發(fā)現(xiàn)這類化合物由于A環(huán)結(jié)構(gòu)骨架的改變,具有明顯不同于本研究組里過去研究的具有香豆素類型A環(huán)相應(yīng)底物的反應(yīng)行為。對得到的產(chǎn)物進行了分離純化和波譜分析(結(jié)構(gòu)尚