本文關(guān)鍵詞：基于靶標(biāo)結(jié)構(gòu)及作用機(jī)制的新型抗HIV-1先導(dǎo)物的發(fā)現(xiàn)　出處：《山東大學(xué)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：艾滋病,又稱(chēng)"獲得性免疫缺陷綜合征"(Acquired immune deficiency syndrome,AIDS),主要由 1 型人類(lèi)免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus type 1,HIV-1)感染引起。由于HIV-1病毒具有高度變異性,臨床上將作用于HIV-1復(fù)制周期不同靶點(diǎn)的藥物聯(lián)合使用,稱(chēng)為"高效抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法"(Highly active antiretroviral therapy,HAART),但臨床治療中頻繁出現(xiàn)耐藥毒株,大大降低了該療法的療效。逆轉(zhuǎn)錄酶(Reverse transcriptase,RT)在HIV-1的復(fù)制周期中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,使其成為抗艾滋病藥物研發(fā)的優(yōu)選靶點(diǎn)之一。根據(jù)作用機(jī)制不同,RT抑制劑主要可分為核苷(酸)類(lèi)逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑(Nucleos(t)ide reverse transcriptase inhibitors,N(t)RTIs)和非核苷類(lèi)逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑(Non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors,NNRTIs)兩類(lèi),均為 HAART 的重要組成部分。其中,新一代NNRTIs具有高活低毒、選擇性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),但臨床治療中出現(xiàn)的毒副作用、耐藥毒株以及藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)不佳等問(wèn)題限制了其應(yīng)用。因此,研發(fā)作用于新結(jié)合位點(diǎn)和具有新結(jié)構(gòu)類(lèi)型的HIV-1 NNRTIs,以提高抗耐藥性并優(yōu)化藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì),依然是目前抗艾滋病藥物研究領(lǐng)域的重要任務(wù)。由于RT結(jié)構(gòu)的柔韌性、NNRTI結(jié)合口袋需要誘導(dǎo)產(chǎn)生、結(jié)合位點(diǎn)氨基酸極易發(fā)生突變等因素,使完全依賴(lài)RT結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)全新骨架的NNRTI十分困難。但是不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型的NNRTI具有類(lèi)似的三維結(jié)構(gòu)模型,其藥效團(tuán)元素具有特定空間排布,體現(xiàn)了活性分子的抽象特征。與此同時(shí),隨著結(jié)構(gòu)生物學(xué)、X-晶體衍射技術(shù)的發(fā)展,一些具有抗耐藥性NNRTI的作用模式得以闡明,它們的結(jié)構(gòu)特征以及與靶點(diǎn)的作用模式為設(shè)計(jì)新一代NNRTI提供了極為有益的信息。在此背景下,根據(jù)NNRTI的結(jié)合模式及先導(dǎo)化合物的構(gòu)效關(guān)系結(jié)論,綜合運(yùn)用結(jié)構(gòu)生物學(xué)信息、藥物化學(xué)基本原理及計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)手段,并考慮影響NNRTI藥效學(xué)的諸因素,進(jìn)行基于結(jié)構(gòu)(機(jī)制)的合理藥物設(shè)計(jì),是發(fā)現(xiàn)新一代非核苷類(lèi)抗艾滋病藥物的有效途徑。本論文第二章以二芳基嘧啶(DAPY)類(lèi)新一代HIV-1 NNRTI為先導(dǎo)化合物,在DAPY類(lèi)經(jīng)典的"三點(diǎn)藥效團(tuán)"模型指導(dǎo)下,進(jìn)行了以下結(jié)構(gòu)修飾:1)在DAPY類(lèi)先導(dǎo)化合物位于可容納區(qū)域I的右翼取代基結(jié)構(gòu)部分,分別引入多種對(duì)水溶性和藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)有利的優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)片段如嗎啉和取代哌嗪等,以使抑制劑與NNIBP形成附加作用力,增強(qiáng)抑制劑與RT親和力以提高其活性和抗耐藥性,同時(shí)提高水溶性,改善藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)(Series IA);2)將吲哚芳砜(IAS)類(lèi)化合物中優(yōu)勢(shì)的苯磺�；我氲紻APY類(lèi)化合物疏水性作用區(qū),深入探討DAPY類(lèi)衍生物在此作用區(qū)域的構(gòu)效關(guān)系(Series IB)。Series IA所有目標(biāo)化合物表現(xiàn)出亞微摩爾到納摩爾的抗病毒活性(ⅢB),介于0.20μM-0.0035 μM之間,優(yōu)于上市藥物3TC(EC50=6.41 μM)和NVP(EC50= 0.24 μ)�；钚宰詈玫氖腔衔颕A-II3,其抗HIV-1 ⅢB活性(EC50= 0.0035 μM)遠(yuǎn)好于3TC和NVP,是AZT(EC50=0.011μM)的3倍,與先導(dǎo)ETR相同。IA-II3細(xì)胞毒性較低(CC50 ≥ 173μM),選擇性指數(shù)SI超過(guò)48774。并且,IA-II3還對(duì)臨床最常見(jiàn)的雙突變株(K103N/Y181C)表現(xiàn)出亞微摩爾的抑制活性(EC50=0.79μM),優(yōu)于NVP(15.0μM),與EFV處于相同數(shù)量級(jí)(EC50=0.24μM)。此外,IA-I6(IC50=0.042 μM)酶抑制活性最佳,比NVP(IC50= 0.595μM)高一個(gè)數(shù)量級(jí),與先導(dǎo)物RPV處于相同數(shù)量級(jí)(IC50=0.022 μM)。IA-II3酶抑制活性也較好(IC50= 0.067 μM)。Series IB有9個(gè)目標(biāo)化合物表現(xiàn)出中等抗HIV-1活性,EC50范圍在1.48-48.9μM之間(SI = 2 to 80)。其中,IB-Ⅰ1和IB-II1的抗HIV-1 ⅢB活性最好(EC50=1.48μM 和EC50=1.61μM),遠(yuǎn)高于對(duì)照藥 ddI(EC50 = 76.0 μM),與3TC相當(dāng)(EC50= 2.54 μM),但弱于先導(dǎo)RS-80(EC50= 0.0026 μM)和RPV(EC50= 0.0013 μM)。水溶性測(cè)試表明,化合物IA-I6和IA-II3水溶性較先導(dǎo)物依曲韋林(ETR)大大提高,有望改善藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。本章所合成的DAPY類(lèi)衍生物活性結(jié)果表明,基于DAPY類(lèi)先導(dǎo)物"三點(diǎn)藥效團(tuán)"模型,進(jìn)一步探討NNIBP中可容納區(qū)域I的化學(xué)空間,增強(qiáng)抑制劑與RT作用力以保持和提高活性和抗耐藥性,思路初步驗(yàn)證可行。引入優(yōu)勢(shì)水溶性結(jié)構(gòu)片段使抑制劑溶解度大大提高,有望改善藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。但對(duì)疏水性作用區(qū)的修飾則使活性大幅下降。本論文第三章以上述"三點(diǎn)藥效團(tuán)"模型為基礎(chǔ),在ETR中心環(huán)5,6位引入第四個(gè)藥效團(tuán)元素作用于可容納區(qū)域Ⅱ,新構(gòu)建DAPY類(lèi)化合物"四點(diǎn)藥效團(tuán)"模型。該"四點(diǎn)藥效團(tuán)"模型具有"多位點(diǎn)結(jié)合"的作用特征,通過(guò)最大程度地占據(jù)結(jié)合口袋,可以有效增強(qiáng)DAPY類(lèi)NNRTIs與RT的結(jié)合力,從而提高DAPY類(lèi)化合物的活性和抗耐藥性�；谛聵�(gòu)建的"四點(diǎn)藥效團(tuán)"模型,我們?cè)O(shè)計(jì)了一系列具有"多位點(diǎn)結(jié)合"特征的以五元或六元并六元稠環(huán)為母核的DAPY類(lèi)衍生物(Series IC)和N-取代的哌啶胺結(jié)構(gòu)修飾的[1,2,4]三唑并[1,5-a]嘧啶類(lèi)DAPY衍生物(Series ID)。體外抑酶活性結(jié)果顯示,Series IC中有17個(gè)衍生物的抑酶活性在幾十個(gè)納摩爾級(jí),在0.014μM-0.080μM之間,比NVP高出一個(gè)數(shù)量級(jí)(IC50 = 0.595 μM)�；钚杂葹橥怀龅暮瑯蝾^氮原子的吡咯并[2,1-f][1,2,4]三嗪類(lèi)化合物IC-VI2(IC50 =0.014μM),是NVP的42.5倍,比先導(dǎo)物RPV略好(IC50=0.022μM),與先導(dǎo)物RDEA427相當(dāng)(IC50=0.016μM)。細(xì)胞水平的抗病毒活性結(jié)果顯示,Series ID化合物中,有12個(gè)衍生物的抗HIV-1野生毒株活性在8.1 nM-42nM之間,多個(gè)衍生物的選擇性指數(shù)高于1000。其中,活性最為突出的ID-I4和ID-I9(EC50=8.1nM、8.7nM)的抗HIV-1野生毒株的活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于上市藥物ddI、3TC、NVP和DLV(EC50分別為23198 nM、2239 nM、312 nM 和540 nM),與AZT和EFV活性相當(dāng)(EC50分別為7.1 nM和6.3 nM),與ETR處于相同數(shù)量級(jí)(EC50= 1.8nM)。并且,有3個(gè)化合物ID-I2、ID-I4和ID-I5對(duì)臨床最常見(jiàn)的雙突變毒株RES056(K103N/Y181C)表現(xiàn)出一定的抑制活性(EC50 分別為6.4μM、13μM和22μM),好于藥物DLV(EC5036μM)。水溶性測(cè)試表明,化合物ID-I4水溶性較ETR大大提高,有望改善藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。以上活性結(jié)果表明,基于新構(gòu)建的DAPY類(lèi)先導(dǎo)物"四點(diǎn)藥效團(tuán)"模型,通過(guò)"多位點(diǎn)結(jié)合",可以有效增強(qiáng)DAPY類(lèi)NNRTIs與RT的結(jié)合力,從而提高DAPY類(lèi)化合物的活性和抗耐藥性,設(shè)計(jì)思路驗(yàn)證合理。此外,在可容納區(qū)域I引入取代哌啶胺結(jié)構(gòu)使化合物溶解度大大提高,有望改善藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。IC-VI2和ID-I4可作為先導(dǎo)化合物進(jìn)一步優(yōu)化。本論文第四章選取臨床候選藥物二苯酮類(lèi)NNRTI GW678248和對(duì)K103N/Y181C RT具有很好抑制活性的吡唑類(lèi)NNRTI GA-40為先導(dǎo)化合物,運(yùn)用分子雜合和生物電子等排原理,提取兩個(gè)先導(dǎo)物中的優(yōu)勢(shì)片段進(jìn)行組合,設(shè)計(jì)合成了一系列吡啶氧乙酰胺類(lèi)HIV-1 NNRTIs。細(xì)胞水平的抗病毒活性結(jié)果顯示,該類(lèi)衍生物中僅有三個(gè)化合物IIA-I1、IIA-I8和IIA-I10表現(xiàn)出微摩爾級(jí)的HIV-1ⅢB抑制活性(EC50=41.5μM、10.8μM和8.18μM)。盡管活性與我們預(yù)期相差較大,但是初步的構(gòu)效關(guān)系為進(jìn)一步的修飾提供了有價(jià)值的信息。本論文第五章分別基于前藥和孿藥藥物設(shè)計(jì)原理,設(shè)計(jì)合成了 DAPY類(lèi)HIV-1 NNRTI候選藥物RDEA427的磷酸酯前藥RDEA427-PB和碳酸酯前藥RDEA427-CIC 以及 HIV-1 NRTI 上市藥物 AZT 與 HIVNCp7 抑制劑(SAMT-1b)通過(guò)二硫鍵連接的孿藥分子Ⅲ-7。體外抑酶活性結(jié)果表明,RDEA427-PB和RDEA427-CIC對(duì)HIV-1 RT有一定的抑制活性,且活性相近(IC50= 0.239 μM,0.264 μM),均弱于原藥 RDEA427(IC50=0.016μM)。RDEA427-PB 和RDEA427-CIC體外活性比原藥RDEA427差一個(gè)數(shù)量級(jí),初步驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。RDEA427-CIC在人血漿中的半衰期大于2h,其在2h之內(nèi)可以裂解釋放出少量原藥RDEA427。我們推測(cè)RDEA427-CIC可能在釋放出羥甲基中間體后未繼續(xù)裂解,或者可能存在其他代謝位點(diǎn)和途徑。AZT-NCp7抑制劑孿藥分子Ⅲ-7對(duì)HIV-1 RT有較微弱的抑制活性,IC50為128 μM。雖然Ⅲ-7對(duì)RT抑制活性較弱,但若進(jìn)入感染細(xì)胞內(nèi),將在谷胱甘肽(GSH)介導(dǎo)下釋放出兩個(gè)原藥,協(xié)同發(fā)揮抗HIV作用。Ⅲ-7酶抑制活性較弱也在一定程度上說(shuō)明了通過(guò)二硫鍵形成的孿藥分子設(shè)計(jì)的合理性。目前,本部分研究涉及的三個(gè)目標(biāo)化合物細(xì)胞水平的抗HIV活性和RDEA427-PB血漿代謝穩(wěn)定性以及孿藥裂解機(jī)制的測(cè)試正在進(jìn)行之中。本論文針對(duì)現(xiàn)有HIV-1NNRTIs的不足,根據(jù)靶點(diǎn)結(jié)構(gòu)生物學(xué)新進(jìn)展,綜合運(yùn)用藥物化學(xué)原理及計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行合理藥物設(shè)計(jì),共合成120余個(gè)全新結(jié)構(gòu)目標(biāo)化合物,經(jīng)細(xì)胞水平和酶水平活性測(cè)試,發(fā)現(xiàn)多個(gè)抗HIV-1(RT)活性達(dá)到納摩爾級(jí)活性的抑制劑,部分抑制劑對(duì)HIV-1 K103N/Y181C雙突變株也有一定抑制作用。化合物IC-VI2對(duì)HIV-1 RT的抑制活性超過(guò)最新先導(dǎo)藥物RPV,且母環(huán)結(jié)構(gòu)新穎,具有重要開(kāi)發(fā)價(jià)值。另有化合物IA-I6、IA-II3和ID-I4水溶性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)ETR,有望進(jìn)一步改善生物利用度,且活性與先導(dǎo)相同或處于同一數(shù)量級(jí),也具有深入修飾改造的潛力。
[Abstract]:Reverse transcriptase ( RT ) plays an important role in the replication cycle of HIV - 1 , which greatly reduces the therapeutic effect of HIV - 1 . The development of X - crystal diffraction ( NNRTI ) is a new generation of non - nucleoside anti - AIDS drugs . All of the target compounds of Series IA showed sub - micromolar to nanomolar antiviral activity ( 鈪 ) , between 0.20 渭M and 0.0035 渭M , superior to marketed drug 3TC ( EC50 = 6.41 渭M ) and ( EC50 = 0.24 渭 ) . The activity of IA - II3 was better than that of 3TC ( EC50 = 0 . 011 渭M ) . The activity of IA - II3 was 3 times higher than that of 3TC ( EC50 = 0 . 011 渭M ) , which was the same as the pilot ETR . The IA - II3 had a lower toxicity ( EC50 = 0.79 渭M ) than that of ETR . Furthermore , IA - II3 was of the same order of magnitude as EFV ( EC50 = 0.595 渭M ) , and was in the same order of magnitude as the pilot RPV ( IC50 = 0 . 022 渭M ) . The inhibition activity of IA - II3 was also good ( IC50 = 0.067 渭M ) . The series IB has 9 target compounds exhibiting moderate anti - HIV - 1 activity , EC50 ranges between 0.48 and 48.9 渭M ( SI = 2 to 80 ) . Among them , the anti - HIV - 1 鈪 activity of IB - 鈪，

本文編號(hào)：1356996