新型HIV-1整合酶抑制劑的設(shè)計(jì)、合成及活性研究.pdf

1、艾滋病即“獲得性免疫缺陷綜合征”(AcquiredImmunodeficiencySyndrome，AIDS)是一種危害人類健康的重大傳染性疾病，它傳播速度快，病死率極高，在全世界的廣泛流行阻礙了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，已成為十分緊迫的社會問題。人類免疫缺陷病毒1（HumanImmunodeficiencyVirus，HIV-1）是引起AIDS的主要病原體，在HIV-1的生命周期中，抑制一些關(guān)鍵的酶或蛋白即可阻斷整個(gè)HIV-1生命周期，從而抑制病毒

2、的復(fù)制和傳播。整合酶(integrase，IN)是HIV-1生命周期中關(guān)鍵的酶，它負(fù)責(zé)將病毒DNA(ViralDNA，vDNA)整合到宿主DNA(TargetDNA，tDNA)中，并且人體中沒有該酶的類似物，因此，理論上抑制該酶不會對人體產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用，是設(shè)計(jì)新型抗HIV-1藥物的理想靶點(diǎn)。
　　 2007年美國FDA批準(zhǔn)上市了第一個(gè)用于治療AIDS的IN抑制劑雷特格韋(Raltegravir，RAL)，奠定了IN抑制劑在AI

3、DS治療中的基礎(chǔ)地位。雖然RAL已經(jīng)成功的上市，并對AIDS治療做出了巨大的貢獻(xiàn)，但RAL的兩個(gè)缺陷卻限制了其應(yīng)用:1)RAL必須一天服用兩次;2）臨床上已經(jīng)出現(xiàn)對RAL具有耐受性的病毒株。這需要繼續(xù)努力去發(fā)展第二代IN抑制劑。在進(jìn)行第二代IN抑制劑的研究中，有三個(gè)主要目標(biāo):1）得到比RALIN抑制活性更強(qiáng)的化合物;2）得到對RAL具有耐受性的變異病毒株也具有抑制活性的化合物;3）得到具有更好的藥物代謝動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的化合物，從而克服RAL

4、必須一天服用兩次的缺點(diǎn)。
　　 本文以HIV-1IN為靶點(diǎn)，基于IN與RAL的共結(jié)晶結(jié)構(gòu)以及IN與IN抑制劑的作用模式，分別以羥基嘧啶酮和多羥基酚為母核，進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾和改造，設(shè)計(jì)合成了三系列新型HIV-1IN抑制劑(N-1位取代羥基嘧啶酮類化合物、雙芳香環(huán)取代羥基嘧啶酮類化合物和含氮多羥基酚類化合物)，并對這些化合物的HIV-1IN抑制活性、細(xì)胞內(nèi)抗病毒活性和細(xì)胞毒性進(jìn)行了測定。另外，我們以輝瑞公司最新報(bào)道具有較強(qiáng)IN抑制活性的

5、一類新型HIV-1IN抑制劑-雜氮吲哚類化合物為模板，進(jìn)行了以分子對接(Docking)為基礎(chǔ)的三維定量構(gòu)效關(guān)系(Three-dimensionalQuantitativeStructure-activityRelationship,3D-QSAR)研究。
　　 我們以三甲基乙腈為原料，經(jīng)親核加成反應(yīng)、重排成環(huán)反應(yīng)、酰化反應(yīng)、親核取代反應(yīng)、胺酯交換反應(yīng)，最后利用飽和氯化氫氣體的乙酸乙酯溶液脫去叔丁氧基羰基(t-ButyloxyC

6、arbonyl，Boc)得到N-1位取代羥基嘧啶酮類化合物，其鈉鹽通過目標(biāo)產(chǎn)物與NaOH溶液反應(yīng)得到;雙芳香環(huán)取代羥基嘧啶酮類化合物的合成我們開發(fā)了兩條路線:第一條合成路線以芐醇和苯腈為主要原料，合成了羥基嘧啶酮環(huán)2位取代基為苯基的衍生物，第二條合成路線以取代苯腈和鹽酸羥胺為主要原料，合成了羥基嘧啶酮環(huán)2位取代基為取代苯基的衍生物。第一條合成路線需親核取代、親核加成、分子間重排成環(huán)、氫化還原、胺酯交換等8步反應(yīng)，其中中間體17和20進(jìn)行

7、成環(huán)重排的產(chǎn)率較低。而第二條合成路線需親核加成、分子內(nèi)重排成壞、胺酯交換等4步反應(yīng)，反應(yīng)步驟少，重排成環(huán)的產(chǎn)率較高;含氮多羥基酚類化合物的合成是以取代苯胺和咖啡酸或沒食子酸為原料，經(jīng)磺?；磻?yīng)、水解反應(yīng)、乙?；Ｗo(hù)、?；磻?yīng)、脫保護(hù)等反應(yīng)得到目標(biāo)化合物。在3D-QSAR研究中，我們首先對雜氮吲哚類化合物中HIV-1IN抑制活性最好的化合物36進(jìn)行Docking，并以化合物36最好的Docking構(gòu)像為模板進(jìn)行分子構(gòu)建和分子疊合，緊接著進(jìn)

8、行比較分子場分析(ComparativeMolecularFieldAnalysis，CoMFA)和比較分子相似性分析(ComparativeMolecularSimilarityIndicesAnalysis，CoMSIA)研究。根據(jù)CoMFA和CoMSIA模型結(jié)果我們設(shè)計(jì)了一系列新型雜氮吲哚類化合物并用CoMFA和CoMSIA模型預(yù)測了其HIV-1IN活性。
　　 本文共設(shè)計(jì)合成了60個(gè)目標(biāo)化合物，其結(jié)構(gòu)通過核磁共振氫譜(1

9、H-NuclearMagneticResonance，1H-NMR)和高分辨質(zhì)譜(HighResolutionMassSpectra,HRMS)等方法進(jìn)行了確證，并用高效液相色譜（HighPerformanceLiquidChromatography,HPLC）進(jìn)行了純度分析。經(jīng)查閱文獻(xiàn)證實(shí)，所合成的目標(biāo)化合物均為新化合物，未見文獻(xiàn)報(bào)道。
　　 羥基嘧啶酮環(huán)N-1位取代基主要與藥物理化性質(zhì)和代謝動(dòng)力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，為了得到具有更好的

10、藥物代謝動(dòng)力學(xué)性質(zhì)并保留強(qiáng)IN抑制活性的化合物，我們改變N-1位上的取代基得到一系列N-1位取代羥基嘧啶酮類化合物。體外抑酶實(shí)驗(yàn)顯示，N-1位取代羥基嘧啶酮類化合物為選擇性鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)(StrandTransfer,ST)抑制劑，大部分該類化合物具有強(qiáng)的ST抑制活性?；衔?2a在這一系列化合物中ST抑制活性最高，其IC50值與先導(dǎo)化合物1完全一樣，為2μM?；衔?2e和12g也具有與先導(dǎo)化合物1相似的ST抑制活性，其IC50值均為3μ

11、M。分析此類化合物的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn):在羥基嘧啶酮環(huán)N-1位引入酰胺基團(tuán)比引入磺酰胺基團(tuán)更有利于提高活性;在N-1位的酰胺基團(tuán)上引入的取代基體積越小，越有利于活性。通過Docking研究發(fā)現(xiàn)，該類化合物與RAL具有相似的作用模式，在N-1位上引入的取代基能夠替代RALC-2位上的噁二唑酰胺結(jié)構(gòu)占據(jù)IN催化中心右邊的空腔。
　　 為了增強(qiáng)化合物與IN催化中心的氨基酸殘基Typ211的相互作用，提高化合物的IN抑制活性，我們在羥基嘧啶酮環(huán)的

12、C-2位上引入取代苯環(huán)得到一系列雙芳香環(huán)取代羥基嘧啶酮類化合物。體外抑酶實(shí)驗(yàn)顯示，雙芳香環(huán)取代羥基嘧啶酮類化合物既有3’-加工（3’-Processing，3’-P）抑制活性，又有ST抑制活性，其ST抑制活性明顯高于3’-P抑制活性，并且該類化合物的ST抑制活性比N-1位取代羥基嘧啶酮類化合物和先導(dǎo)化合物1更強(qiáng)。與先導(dǎo)化合物1相比，化合物23c、23j和23t的ST抑制活性提高3倍。分析此類化合物的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn):在羥基嘧啶酮環(huán)C-2位和C-

13、4的苯環(huán)上引入鹵素取代基可提高化合物的IN抑制活性;在C-2位和C-4位苯環(huán)的4位上引入鹵素取代基，其活性增強(qiáng)效果最顯著。通過Docking研究發(fā)現(xiàn)，該類化合物羥基嘧啶酮環(huán)C-2位的取代苯壞能夠與IN氨基酸殘基Typ211的苯環(huán)相互作用，因此增強(qiáng)了其IN抑制活性。細(xì)胞內(nèi)抗病毒活性實(shí)驗(yàn)顯示，該類化合物也具有較強(qiáng)的細(xì)胞內(nèi)抗病毒活性，化合物23c、23n和23s具有最強(qiáng)的細(xì)胞內(nèi)抗病毒活性，其EC50分別為1.72μM、1.91μM和1.3μM

14、。
　　 為了得到對RAL具有耐受性的變異病毒株也具有IN抑制活性的化合物，我們以咖啡酸苯乙酯(CaffeicAcidPhenylethylEster，CAPE)為先導(dǎo)設(shè)計(jì)合成了一系列含氮多羥基酚類化合物。該類化合物的IN抑制機(jī)制與RAL等α，γ-二酮衍生物不同，因此會對RAL具有耐受性的變異病毒株也產(chǎn)生抑制作用。體外抑酶實(shí)驗(yàn)顯示，含氮多羥基酚類化合物具較強(qiáng)的3’-P和ST抑制活性，化合物33k在這一系列化合物中的IN抑制活性最

15、強(qiáng)，其抑制3’-P和ST的IC50值分別為1.3μM和0.8μM。分析此類化合物的結(jié)構(gòu)可知:在化合物左邊兒茶酚基團(tuán)上引入第三個(gè)羥基能夠顯著提高其IN抑制活性;兒茶酚基團(tuán)與酰胺之間雙鍵的有無對活性影響不大;增加磺酰胺基團(tuán)與右邊苯環(huán)之間的碳鏈長度不利于活性，減少碳鏈長度有利于活性。但細(xì)胞內(nèi)抗病毒實(shí)驗(yàn)顯示這些化合物大多具有較強(qiáng)的細(xì)胞毒性，其抗病毒活性濃度在細(xì)胞毒性濃度之上。只有化合物33e具有中等的抗病毒活性，其抗病毒活性EC50值為13μM

16、，細(xì)胞毒性CC50值為49μM，選擇性指數(shù)約為4。
　　 我們以60個(gè)雜氮吲哚類化合物為模板建立的以Docking為基礎(chǔ)的CoMFA和CoMSIA模型具有很好的內(nèi)部預(yù)測性能和外部預(yù)測性能。CoMFA的交叉驗(yàn)證相關(guān)系數(shù)(q2)為0.655，非交叉驗(yàn)證相關(guān)系數(shù)(r2)為0.989，測試集非交叉驗(yàn)證相關(guān)系數(shù)（r2pred）為0.979;CoMSIA的q2為0.719，r2為0.992，r2pred為0.953。根據(jù)所建立的CoMFA和