基于靶標(biāo)的HIV-1非核苷類(lèi)逆轉(zhuǎn)錄酶抑制的設(shè)計(jì)、合成及活性研究.pdf

1、人免疫缺陷病毒1型(HIV-1)是艾滋病的主要病原體。自從1981年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，目前已經(jīng)成為危害人類(lèi)生命健康的重大傳染性疾病。雖然高效抗逆轉(zhuǎn)錄療法（HighlyActiveAntiretroviralTherapy，HAART）的實(shí)施是抗艾滋病治療的一項(xiàng)重大突破，但是耐藥性的出現(xiàn)及長(zhǎng)期服藥的毒性問(wèn)題極大地限制了該療法的應(yīng)用，因此新型抗艾滋病藥物的研發(fā)依然刻不容緩。
　　HIV-1非核苷類(lèi)逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑(NNRTIs)是HAART療法

2、的重要組成部分。NNRTIs具有結(jié)構(gòu)多樣性，作用于HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶(ReverseTranscriptase，RT)的疏水性口袋。該類(lèi)藥物具有高效低毒、特異性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，然而易產(chǎn)生耐藥性的缺陷使該類(lèi)藥物迅速喪失臨床效價(jià)。因此新型、高效、低毒、廣譜抗耐藥性的NNRTIs的研發(fā)是目前抗HIV藥物研究的熱點(diǎn)之一。
　　由于NNRTIs結(jié)合口袋(Non-nucleosideInhibitor-BindingPocket，NNIBP)是在N

3、NRTIs的存在下誘導(dǎo)產(chǎn)生的，因此完全基于HIV-1RT的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行全新抑制劑設(shè)計(jì)還存在較大困難。故選擇研發(fā)前景較大的化合物為先導(dǎo)，在對(duì)其構(gòu)效關(guān)系及結(jié)合模式分析的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用結(jié)構(gòu)生物學(xué)信息、計(jì)算化學(xué)技術(shù)及傳統(tǒng)藥物化學(xué)策略進(jìn)行先導(dǎo)化合物的優(yōu)化，是當(dāng)前發(fā)現(xiàn)新一代NNRTIs藥物的有效途徑。本論文對(duì)三類(lèi)HIV-1RT非核苷類(lèi)逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑進(jìn)行了研究。
　　一、硝基吡啶類(lèi)DAPYs非核苷類(lèi)逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑的研究
　　二芳基嘧啶類(lèi)

4、衍生物(DAPYs)是一類(lèi)非核苷類(lèi)HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑，因其高效低毒、抗耐藥性的特點(diǎn)，近年來(lái)成為抗HIV藥物研發(fā)的熱點(diǎn)領(lǐng)域。2008年FDA批準(zhǔn)上市的新一代NNRTIsEtravirine(TMC125)及2011年批準(zhǔn)的Rilpivirine(TMC278)都屬于DAPY類(lèi)化合物。本論文基于DAPY類(lèi)逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑的構(gòu)效關(guān)系和DAPYs/HIV-1RT復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)的分析，應(yīng)用生物電子等排原理，將原本的嘧啶環(huán)替換為硝基吡啶環(huán)，設(shè)計(jì)

5、了一系列硝基吡啶類(lèi)DAPY系列衍生物(7a-7r)，并對(duì)其進(jìn)行了定向合成。該系列共合成了18個(gè)化合物，所有合成的化合物的結(jié)構(gòu)均經(jīng)波譜分析驗(yàn)證。
　　對(duì)所合成的化合物應(yīng)用MTT法進(jìn)行了體外抗野生型HIV-1(ⅢB)、HIV-2(ROD)及HIV-1突變毒株的細(xì)胞活性測(cè)試。其中，化合物7b顯示出最佳的抗病毒活性（EC50=0.056μM，SI=1251）。此外，化合物7k（EC50=0.034μM，SI=691），化合物7c（EC50

6、=0.11μM，SI=339）和7h（EC50=0.17μM，SI=97）活性均比對(duì)照藥物NVP和DLV高。選取活性較好的化合物7b、7c和7k進(jìn)行了HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶的抑制活性測(cè)定，抑制活性分別為6.9μM、8.5μM和10.4μM，顯示出了該類(lèi)化合物對(duì)HIV-1RT選擇性的抑制作用。
　　利用Dock分子對(duì)接方法，將活性最好的化合物7b和7k與野生型HIV-1RT和突變型的HIV-1RT分別進(jìn)行分子模擬，并對(duì)該系列化合物與HI

7、V-1RT的相互作用及構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行了初步分析，為未來(lái)設(shè)計(jì)新型的高效低毒的DAPYs非核苷類(lèi)逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑提供了有益的信息。
　　二、噻唑烷酮類(lèi)非核苷類(lèi)逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑的研究
　　噻唑烷酮類(lèi)化合物是一類(lèi)結(jié)構(gòu)新穎的NNRTIs，經(jīng)結(jié)構(gòu)的修飾和改造，發(fā)現(xiàn)了很多具有很高抗HIV-1活性的噻唑烷酮類(lèi)化合物，具有非常廣闊的研發(fā)前景。硫代羧酰苯胺類(lèi)衍生物(thiocarboxanilide)UC-781是一個(gè)非常有效的HIV-1RT抑制劑候

8、選藥物(EC50=0.002μM，SI=50000)。UC-781可以降低病毒顆粒的感染力，被認(rèn)為是預(yù)防HIV-1傳播的很有希望的化合物。此外，該化合物具有良好的抗耐藥譜，對(duì)多種突變毒株RT的抑制效果與對(duì)野生型HIV-1RT的接近，且可以在高劑量水平抑制NNRTIs耐藥病毒株而無(wú)任何細(xì)胞毒性。
　　以噻唑烷酮類(lèi)NNRTIs和UC-781為先導(dǎo)物，借鑒兩類(lèi)NNRTIs的結(jié)構(gòu)特征及與RT的結(jié)合模式，結(jié)合兩類(lèi)化合物的相似點(diǎn)，運(yùn)用分子雜合

9、的藥物設(shè)計(jì)原理，合理地引入活性取代基，保留了先導(dǎo)化合物UC-781的異戊烯基基團(tuán)，設(shè)計(jì)了一系列與靶點(diǎn)緊密結(jié)合的新型噻唑烷酮類(lèi)系列化合物。并對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行了定向合成，所有合成的化合物的結(jié)構(gòu)均經(jīng)波譜驗(yàn)證。應(yīng)用MTT法對(duì)所合成的化合物進(jìn)行了體外抗野生型HIV-1(ⅢB)、HIV-2(ROD)細(xì)胞活性測(cè)定。試驗(yàn)結(jié)果表明，部分噻唑烷酮類(lèi)化合物表現(xiàn)出了一定的活性，但細(xì)胞毒性略高。將其中活性最好的化合物與HIV-1RT進(jìn)行分析對(duì)接，對(duì)該類(lèi)化合物的構(gòu)

10、效關(guān)系進(jìn)行了初步分析，初步闡明了該類(lèi)化合物與HIV-1RT的結(jié)合位點(diǎn)與構(gòu)象，解釋活性略低的可能原因，為進(jìn)一步結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供新的思路。
　　三、DABOs類(lèi)非核苷類(lèi)逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑
　　二氫烷氧芐基嘧啶酮（Dihydro-alkylthio-benzyl-oxopyrimidines，DABOs）衍生物為其中較為典型的一類(lèi)NNRTIs，由于其分子構(gòu)象具有柔性和結(jié)合位點(diǎn)中具有適配性的特征，可有效地抑制野生型和耐藥型病毒株的復(fù)制，成

11、為目前抗HIV藥物研究的重要方向。
　　本論文基于DABO類(lèi)抑制劑的構(gòu)效關(guān)系，結(jié)合計(jì)算機(jī)對(duì)接模型，依據(jù)分子雜化的藥物設(shè)計(jì)原理，以取代哌啶環(huán)來(lái)延長(zhǎng)側(cè)鏈的S-DABOs衍生物，通過(guò)變化哌啶環(huán)N原子上取代基、母環(huán)的5位、6位取代基來(lái)考察化合物各位點(diǎn)對(duì)活性的影響，并以未連有哌啶環(huán)的另一系列化合物作為對(duì)照共合成了兩個(gè)系列化合物。為了從理論上驗(yàn)證設(shè)計(jì)思想的合理性，對(duì)設(shè)計(jì)的化合物進(jìn)行了對(duì)接分析，分析結(jié)果表明目標(biāo)分子的結(jié)構(gòu)修飾具有理論上的合理性。

12、最后根據(jù)虛擬篩選的結(jié)果，從高到低打分，確定并合成了36個(gè)目標(biāo)化合物，并選取打分較高的化合物進(jìn)行了HIV-1RT的活性測(cè)定。活性結(jié)果顯示，化合物8a3-2、8a2-1和8b3-2對(duì)HIV-1RT的抑制活性分別為1.58μM、14.61μM和13.71μM，顯示出了一定的HIV-1RT抑制活性，其中在虛擬篩選中打分最高的化合物8a3-2（IC50=1.58μM）的活性高于對(duì)照藥奈韋拉平(IC50=3.93μM)，并與先導(dǎo)化合物TMC125(

13、IC50=1.05μM)類(lèi)似，表現(xiàn)了較高的HIV-1RT抑制活性。
　　總之，本論文以高效抗耐藥的DAPYs、噻唑烷酮類(lèi)和DABOs三類(lèi)NNRTIs先導(dǎo)化合物為模板，在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合構(gòu)效關(guān)系結(jié)論及藥效團(tuán)特征，分別根據(jù)藥物設(shè)計(jì)中的生物電子等排原理和分子雜化原理，對(duì)先導(dǎo)化合物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)多樣的骨架變換，并應(yīng)用藥物設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行虛擬篩選。總共設(shè)計(jì)合成了四個(gè)系列結(jié)構(gòu)全新的化合物。對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行了抗HIV活性篩選，發(fā)現(xiàn)其中部分化合物的