本文選題：HIV-1　切入點：艾滋病　出處：《山東大學》2014年博士論文

【摘要】：艾滋病全稱為獲得性免疫缺陷綜合征(AIDS),是一種全球流行,且嚴重威脅人類健康的傳染性疾病,其主要病原體為人類免疫缺陷病毒1型(HIV-1)。目前抗艾滋病藥物主要通過阻斷或干擾HIV-1生命周期中某個環(huán)節(jié)發(fā)揮抑制作用,臨床上多聯(lián)合使用兩種或兩種以上不同靶點的抗HIV-1藥物治療AIDS患者,稱為高效抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法(HAART)。其中以逆轉(zhuǎn)錄酶為靶點的上市藥物數(shù)量最多,應用最廣,且主要分為兩類：核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑(NRTIs)和非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑(NNRTIs)。 HIV-1NNRTIs通過作用在距離DNA合成位點約10A的變構(gòu)結(jié)合口袋(NNIBP),使RT構(gòu)象發(fā)生變化,從而抑制HIV-1復制。NNRTIs具有高效、低毒、高特異性等特點,而且化學結(jié)構(gòu)多樣,具有50多種結(jié)構(gòu)類型。其中二芳基嘧啶類(DAPY)化合物以其對野生型和臨床常見耐藥突變型HIV-1的強抑制作用,成為新一代的NNRTIs的典型代表。DAPY類化合物中依曲韋林(Etravirine, TMC125)和利匹韋林(Rilpivirine, TMC278)分別于2008年和2011年被美國FDA批準上市用于治療AIDS,這引起藥物化學家對DAPY類化合物進一步的研究和結(jié)構(gòu)修飾的熱情。 X射線晶體學和分子模擬研究發(fā)現(xiàn),DAPY類化合物在結(jié)合口袋NNIBP中整體呈現(xiàn)出“U”型構(gòu)象,可以分為一個疏水性作用區(qū)(左側(cè)2,6-二甲基-4-氰基苯基部分),氫鍵作用區(qū)(右側(cè)-NH-連接鏈或嘧啶環(huán)上N原子)和蛋白-溶劑交界作用區(qū)(右側(cè)對胺基苯腈基團)。并且可以通過分子中-O-和-NH-化學鍵的自由旋轉(zhuǎn),靈活地調(diào)整自身構(gòu)象來適應NNIBP結(jié)構(gòu)變化或變異,對耐藥突變型的RT仍能保持緊密的結(jié)合作用,所以DAPY類化合物能有效地抑制耐藥突變病毒株。但是Etravirine水溶性較低,藥物動力學性質(zhì)較差,中樞神經(jīng)系統(tǒng)藥物濃度較低,長期應用會出現(xiàn)較嚴重的皮疹和皮膚反應。雖然Rilpivirine的抗病毒活性高于Etravirine,但是臨床上抗HIV-1治療失敗率明顯高于Etravirine。因此,研發(fā)新一代高效低毒、具有抗耐藥性和良好藥物動力學性質(zhì)的NNRTI類藥物是當前抗艾滋病藥物研究的熱點。 本論文基于對逆轉(zhuǎn)錄酶結(jié)合口袋結(jié)構(gòu)的分析,以DAPY類化合物中N-芐基取代哌啶類化合物(20)和N-苯基取代哌啶類化合物(21)為先導化合物,保留左側(cè)2,4,6-三取代苯基部分和右側(cè)N-取代哌啶部分,利用生物電子等排體原理,將中間的嘧啶雜環(huán)替換為1,3,5-三嗪環(huán),3-硝基/氨基吡啶環(huán)和2-氨基嘧啶環(huán)。同時新設計的三嗪-胺基哌啶類(系列Ⅰ)、3-硝基/氨基吡啶-胺基哌啶類(系列Ⅱ)和2-氨基嘧啶-胺基哌啶類化合物(系列Ⅲ)還做了以下結(jié)構(gòu)變換：1)將左側(cè)苯環(huán)上對位取代基(R1),中間的連接鏈(X)和雜環(huán)上取代基進行變換,以探討更廣泛的構(gòu)效關(guān)系；2)右側(cè)不僅繼續(xù)使用N-芐基取代哌啶和N-苯基取代哌啶基團,也設計了取代苯甲酸和哌啶1位NH形成酰胺鍵,探討N-苯甲酰胺類化合物的抗病毒活性；3)在右側(cè)末端芐基的苯環(huán)上(鄰、間和對位)引入多樣化取代基；4)將原有的芐基中的苯環(huán)(Ph)用親水性的芳雜環(huán)(Het)替換。新設計的上述三類化合物用計算機輔助藥物設計軟件進行分子對接研究表明,化合物具有和先導化合物類似的結(jié)合模式,和NNIBP形成疏水相互作用和氫鍵相互作用等,驗證了設計的合理性。 此外,結(jié)合Etravirine和上述2-氨基嘧啶-胺基哌啶類化合物(系列Ⅲ)的藥效團特征,利用分子雜合原理將N-芐基取代哌啶基團引入至Etravirine嘧啶環(huán)的6位,用以占據(jù)NNRTIs的入口通道(Entrance channel),設計了哌啶-4-胺基-DAPY類雜合體化合物(系列Ⅳ)。分子模擬研究發(fā)現(xiàn)新設計的雜合體化合物可以兩種結(jié)合構(gòu)象與NNIBP發(fā)生相互作用：1)左翼的2,4,6-三取代苯基與NNIBP的疏水亞口袋形成疏水相互作用和π-π堆積作用；右側(cè)的4-胺基苯腈基團則位于Lys103,Tyr318和Val106處；新引入的N-芐基取代哌啶基團可以伸入并占據(jù)NNRTI的入口通道(模式1)。2)左翼的2,4,6-三取代苯基位置保持不變,N-芐基取代哌啶基團延伸至NNIBP的蛋白-溶劑交界區(qū)；新引入的4-胺基苯腈基團則可以伸入并占據(jù)NNRTI的入口通道(模式2)。在這兩種結(jié)合模式中,化合物均有效地占據(jù)了NNRTI的入口通道,構(gòu)建出了“多位點結(jié)合”的雜合體化合物。在進一步的研究中(系列V),N-芐基取代哌啶基團部分被縮短,使化合物呈現(xiàn)出類似于Etravirine的一種結(jié)合模式(模式1)。新引入的具有較大分子柔性和親水性的脂肪雜環(huán)基團,利于該部分基團更好地伸入并占據(jù)NNRTI的入口通道。 根據(jù)逆合成分析和文獻調(diào)研,本論文制定出目標化合物的合成路線,分別選用三聚氯氰、2,6-二氯-3-硝基吡啶和2-氨基-4,6-二氯嘧啶作為起始原料,然后分別與2,4,6-三取代苯胺／酚和4-氨基-1-Boc哌啶發(fā)生取代反應構(gòu)建起S-3,S-7,B-3a,B-3b,B-7,M-4a和M-4b等關(guān)鍵中間體。經(jīng)官能團轉(zhuǎn)化和脫除Boc保護基后,再和適當?shù)娜〈噙B接,得到系列Ⅰ-Ⅲ目標化合物；哌啶-4-胺基-DAPY類化合物(系列Ⅳ)則是先和對溴苯腈發(fā)生鈀催化的偶聯(lián)反應,再和4-氨基-1-Boc哌啶反應構(gòu)建起M-6a,M-6b和M-10等關(guān)鍵中間體。所有目標化合物均經(jīng)1H-NMR,IR和ESI-MS等分析方法進行結(jié)構(gòu)確證,各個亞系列的代表化合物也利用13C-NMR進行分子骨架的確證。 所有目標化合物均在MT-4細胞中進行抗HIV活性篩選實驗。結(jié)果顯示,大多數(shù)化合物對野生型HIV-1(IIIB)具有納摩爾級的抑制活性,部分化合物對常見耐藥突變型HIV-1(K103N/Y181C)具有較強抑制作用,所有化合物對HIV-2(ROD)均無抑制作用,所以本論文所設計合成的化合物均屬于HIV-1抑制劑。 三嗪-胺基哌啶類化合物(系列Ⅰ)中,N-芐基哌啶類化合物抗野生型HIV-1的EC5o值均小于20nM,抗K103N/Y181C耐藥突變株的EC5o值大多數(shù)小于5μM。其中化合物TA-a5抗野生型HIV-1表現(xiàn)出最高的抑制活性和選擇性(EC50=2.2nM,SI=45285),是陽性對照藥物奈韋拉平(NVP)的89.5倍,地拉韋定(DLV)的15.6倍,依法韋侖(EFV)的2.9倍和齊多夫定(AZT)的2.7倍；同時化合物TN-a5表現(xiàn)出抗K103N/Y181C耐藥突變株的抑制活性(EC50=0.12μM,SI=1500)是陽性藥物EFV的4.6倍(NVP和DLV在同一實驗中均失去抑制活性)。 3-硝基/氨基吡啶-胺基哌啶類化合物(系列Ⅱ)中,左側(cè)NH連接的3-硝基化合物BD-el對野生型HIV-1表現(xiàn)出最高的抑制活性(EC50=5.1nM),是NVP的22倍,DLV的21倍,比EFV和AZT稍強；左側(cè)O連接的3-硝基化合物BD-cl表現(xiàn)出較好的抗病毒活性(EC50=10nM),是NVP的11倍,DLV的11倍,比EFV和AZT稍弱,同時該化合物的選擇性(SI≥14,126)和AZT相當。 2-氨基嘧啶-胺基哌啶類化合物(系列Ⅲ)中,多數(shù)化合物抗野生型HIV-1的ECso值小于10nM,比陽性對照藥NVP和DLV高15-20倍,與EFV和AZT相當。但是該系列化合物對耐藥突變株的抑制作用較弱,ECso值在微摩爾水平,低于EFV和AZT。 在哌啶-4-胺基-DAPY類化合物(系列Ⅳ)中,化合物MD-c5對野生型和耐藥突變型HIV-1具有較強的抑制作用(EC50=0.038μM和0.95μM),但是該化合物細胞毒性較大,選擇性指數(shù)較低(SI=112)。系列V化合物中DSC-a4抗HIV-1野生株和K103N/Y181C耐藥突變病毒株的EC50值分別為7.8nM和0.65μM,比系列Ⅳ代表化合物MD-c5的活性有所提高。 此外,各系列活性代表化合物進行了HIV-1RT抑制實驗,結(jié)果顯示代表化合物均對HIV-1RT具有較高的親和力和明顯的抑制作用,所以本論文中所設計合成的化合物屬于HIV-1非核苷類RT抑制劑。 綜上所述,本論文以文獻報道的DAPY類化合物為先導化合物,結(jié)合DAPY類化合物晶體結(jié)構(gòu)分析、構(gòu)效關(guān)系研究和藥效團特征,分別利用“生物電子等排”和“分子雜合”藥物設計原理,對先導化合物進行結(jié)構(gòu)多樣的骨架變換,設計出5個系列化合物,同時應用計算機輔助藥物設計軟件進行分子模擬驗證設計的合理性。根據(jù)逆合成分析和文獻調(diào)研,本論文共合成了107個結(jié)構(gòu)全新的化合物,并對目標化合物進行了抗HIV活性篩選,其中部分化合物的抗野生株和K103N/Y181C耐藥突變毒株的活性超過陽性對照藥物NVP, DLV和EFV,具有進一步研究與開發(fā)價值。同時本論文還初步探討了各系列目標化合物的構(gòu)效關(guān)系,為進一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了重要信息。
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【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：R914.5;R512.91

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 賈崢;;HIV-1耐藥性的研究進展[J];中國生物制品學雜志;2011年08期

2 程華;鐘平;;艾滋病病毒亞型及其影響[J];中國病毒病雜志;2011年02期

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本文編號：1716228