新型芳唑(嗪)巰乙酰胺類HIV-1 NNRTI的設(shè)計、合成與活性研究.pdf

1、艾滋病(Acquired Immunodeficiency Syndrome,AIDS)的主要病原體是人免疫缺陷病毒1型(Human Immunodeficiency 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

2、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。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HAART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

3、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(NNRTIBinding 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(jìn)行全新抑制劑

4、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(jìn)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-throughput Screening,HTS)得到的一類結(jié)構(gòu)新穎的NNRTI。在細(xì)胞水平的活性測試中,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

5、。體外實驗發(fā)現(xiàn),該類化合物不但對野生型R工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NNRTI。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(jìn)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

6、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,對先導(dǎo)化合物中的“疏水作用區(qū)”及“開口區(qū)”進(jìn)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NNRTI復(fù)

7、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(jìn)行結(jié)構(gòu)多樣性的變換,構(gòu)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

8、類似的電子排布及生物學(xué)功能。為了進(jìn)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NNRTI的“雜環(huán)支架及氫鍵作用區(qū)”作進(jìn)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”:①用磺酰胺基團代替唑類雜環(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

9、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。②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

10、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“藥效團整合”的方法,并借助計算機手段進(jìn)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NNRTI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)