本文關(guān)鍵詞：基于靶標(biāo)結(jié)構(gòu)的新型雜環(huán)類HIV-1抑制劑的設(shè)計(jì)、合成和活性評(píng)價(jià)　出處：《山東大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：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(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非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑(NNRTIs)是HAART療法的重要組成部分。NNRTIs具有結(jié)構(gòu)多樣性,選擇性作用于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、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-nucleoside Inhibitor-Binding Pocket, NNIBP)是在NNRTIs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。 HIV-1整合酶(Integrase, IN)能介導(dǎo)逆轉(zhuǎn)錄病毒DNA整合到宿主細(xì)胞DNA中,整合過(guò)程包括兩步反應(yīng)：第一步是3’端加工(3'-end processing,3EP),即IN切割并結(jié)合病毒DNA形成IN-病毒DNA復(fù)合物；第二步是鏈轉(zhuǎn)移(Strand transfer, ST),即IN-病毒DNA復(fù)合物切割并結(jié)合宿主細(xì)胞DNA,將病毒DNA整合到宿主DNA中,并隨著宿主DNA的復(fù)制而復(fù)制。如果能抑制病毒DNA的整合過(guò)程,就防止了細(xì)胞被永久性的感染,而且人體細(xì)胞中沒(méi)有IN的功能類似物,使得IN抑制劑選擇性很高,對(duì)于正常細(xì)胞毒性小,所以針對(duì)IN催化反應(yīng)的抑制劑設(shè)計(jì)已經(jīng)成為國(guó)際上抗AIDS藥物研究的熱點(diǎn)。 本論文第一部分在對(duì)DAPY類非核苷類HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑的構(gòu)效分析及課題組之前的研究基礎(chǔ)上,利用分子雜合策略,將N-芐基取代哌啶環(huán)部分引入到目標(biāo)化合物右側(cè),來(lái)替換原有的對(duì)氨基苯腈基團(tuán)；并利用生物電子等排體原理將先導(dǎo)化合物中間雜環(huán)進(jìn)行合理替換為噻吩并嘧啶環(huán)和咪唑并嘧啶環(huán)(嘌呤),突破了原有專利的限制,以獲得具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型NNRTI分子。設(shè)計(jì)并合成得到了兩個(gè)全新系列的化合物：噻吩并嘧啶系列DAPY類化合物和咪唑并嘧啶環(huán)(嘌呤)系列DAPY類化合物。所得化合物經(jīng)過(guò)ESI-MS、1H-NMR和13C-NMR確證結(jié)構(gòu)。并利用MTT法在MT-4細(xì)胞中對(duì)所有的化合物進(jìn)行了抗野生型HIV-1(IIIB)、HIV-2(ROD)及K103N/Y181C雙突變型HIV-1(RES056)的活性篩選。 活性結(jié)果顯示噻吩并嘧啶系列化合物具有很好地抗HIV-1活性,其抗野生型HIV-1的ECso值在3.25-26.56nM范圍內(nèi)。化合物FF-06, FF-07, FF-08的選擇指數(shù)高于12000,活性最好的化合物FF-06對(duì)野生型HIV-1病毒的EC50為3.25nM,選擇指數(shù)SI為12740。噻吩并嘧啶系列化合物K103N+Y181C(RES056)耐藥突變型HIV-1的抑制活性在0.29-24.2μM范圍內(nèi),明顯強(qiáng)于陽(yáng)性對(duì)照藥物奈韋拉平(NVP)、拉米夫定(3TC)、去羥肌苷(ddI)和地拉韋定(DLV)。咪唑并嘧啶環(huán)(嘌呤)系列化合物抗野生型HIV-1的活性相比噻吩并嘧啶類化合物較低,部分化合物的EC5o值在3.93-27.3μM范圍內(nèi)。嘌呤系列化合物在濃度高達(dá)毒性濃度(CC50值)時(shí),對(duì)K103N/Y181C耐藥突變型HIV-1和HIV-2(ROD)沒(méi)有抑制作用。 通過(guò)對(duì)噻吩并嘧啶系列DAPY類化合物和咪唑并嘧啶環(huán)(嘌呤)系列DAPY類化合物構(gòu)效關(guān)系的分析可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)化合物的右側(cè)哌啶環(huán)連接的Ar為極性親水性基團(tuán)時(shí)(如4-CONH2-Ph,4-SO2NH2-Ph,4-SO2CH3-Ph,4-CO2CH3-Ph),其抗HIV-1病毒活性要高于Ar為疏水基團(tuán)的化合物�？赡艿脑蚴茿r為極性親水性的基團(tuán)時(shí),更有利于化合物與蛋白-溶劑界面的親水性環(huán)境相契合。 同時(shí),本論文將活性最好的化合物FF-06進(jìn)行了分子對(duì)接研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)FF06與HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶的結(jié)合模式與先導(dǎo)化合物基本一致,進(jìn)一步驗(yàn)證了本論文利用分子雜合策略設(shè)計(jì)新型DAPY類HIV-1非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑的合理性。 本論文第二部分在對(duì)S-DABO類HIV-1非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑的構(gòu)效分析及本課題組之前的研究基礎(chǔ)上,對(duì)S-DABO類化合物C2側(cè)鏈進(jìn)行了修飾,采用“點(diǎn)擊化學(xué)”引入了全新的三氮唑側(cè)鏈,合成了2個(gè)系列42個(gè)全新的S-DABO類化合物,并對(duì)所有的化合物進(jìn)行了抗HIV活性篩選,42個(gè)化合物中6個(gè)化合物(B5b1, B5B3-B5b7)具有較好的抗野生型HIV-1活性,其EC50值在微摩爾水平,活性高于對(duì)照藥物去羥肌苷(EC50=23.20μM),其中化合物B5b7顯示了較好的抗野生型HIV-1活性(EC50=3.22μM),與對(duì)照藥物拉米夫定(EC50=2.24μM)相當(dāng)。通過(guò)對(duì)該系列化合物的構(gòu)效分析發(fā)現(xiàn)：(1)嘧啶環(huán)C6位1-萘甲基的取代對(duì)化合物活性不利,在1-萘甲基系列只有化合物A5b7表現(xiàn)出較弱的HIV-1抑制作用,所有C6位2,6-二氯芐基取代的化合物活性普遍好于1-萘甲基取代的化合物。(2)在已報(bào)道的S-DABOs構(gòu)效關(guān)系中,嘧啶環(huán)的C5位取代基對(duì)化合物活性有很大影響,本實(shí)驗(yàn)中嘧啶環(huán)的C5位甲基取代的化合物(B5b1,B5b7)活性最好；在C5位未取代的子系列(B5a1-B5a7)中,化合物(B5a1)也有10微摩爾級(jí)別的活性；當(dāng)C5位引入碘原子,化合物活性消失。(3) S-DABOs嘧啶環(huán)C2側(cè)鏈末端苯環(huán)上的取代基不同能顯著影響化合物的抗HIV活性,在子系列(B5b1-B5b7)中,取代基SO2NH2(B5b7)對(duì)活性最有利,取代基活性順序依次是：4-SO2NH24-COMe4-OMe4-CN4-CONH24-H4-F。此外,在嘧啶環(huán)C2側(cè)鏈中引入三唑類結(jié)構(gòu)并沒(méi)有顯著提高化合物的抗HIV活性。本論文的研究為S-DABO構(gòu)效關(guān)系研究提供了一些新線索,為發(fā)現(xiàn)更有效的NNRTIs提供了參考。 本論文第三部分將目前處于臨床研究階段的化合物PF-4776548作為先導(dǎo)化合物,基于骨架躍遷策略,將其中的吡啶異羥肟酸基團(tuán)更換為喹唑啉酮雜環(huán),以模擬其金屬螯合能力,并克服異羥肟酸類化合物代謝穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。同時(shí)在喹唑啉酮的苯環(huán)部分通過(guò)點(diǎn)擊化學(xué)的方法引入結(jié)構(gòu)多樣性的取代基,設(shè)計(jì)并合成了一系列新型喹唑啉酮類衍生物(M01-M13,E01-E13),且所合成化合物的結(jié)構(gòu)均經(jīng)過(guò)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)的細(xì)胞活性測(cè)試。從活性結(jié)果看出,該系列化合物并沒(méi)有表現(xiàn)出抗HIV的細(xì)胞活性,其細(xì)胞毒性較大,CC50值在1.12-18.71μM范圍內(nèi),其中有9個(gè)化合物CC50值小于2μM,這與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)預(yù)期相差甚遠(yuǎn)。該結(jié)果說(shuō)明了我們實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路還需改進(jìn),另一方面該系列化合物的細(xì)胞毒性原因或抗腫瘤方面是否有潛在活性也需要探索。
[Abstract]:Human immunodeficiency virus type 1 ( HIV - 1 ) is the main pathogen of AIDS . Since its discovery in 1981 , it has become a major infectious disease which is harmful to human health . Although the implementation of high - efficiency antiretroviral therapy ( HAART ) is a major breakthrough in the treatment of AIDS , the emergence of drug resistance and the toxicity of long - term administration greatly limit the application of the therapy , so the research and development of new anti - AIDS drugs is still urgent . HIV - 1 non - nucleoside reverse transcriptase inhibitor ( NNRTI ) is an important part of HAART therapy . NNRtis has the advantages of high efficiency , low toxicity and strong specificity . HIV - 1 integration enzyme ( IN ) can mediate retrovirus DNA integration into host cell DNA . The integration process includes two - step reaction : the first step is 3 ' - end processing ( 3EP ) , that is , IN cutting and binding of viral DNA to form an IN - virus DNA complex ; the second step is strand transfer ( ST ) , that is , IN - viral DNA complex cuts and binds the host cell DNA , the virus DNA is integrated into the host DNA , and the cell is replicated with the replication of the host DNA . The first part of this thesis is to replace the original p - aminobenzonitrile group by introducing N - benzyl - substituted piperidine ring into the right side of the target compound on the basis of the structure - effect analysis of DAPY non - nucleoside HIV - 1 reverse transcriptase inhibitor and the research of the research group . The inhibitory activity of compound FF - 06 , FF - 07 , FF - 08 was 3.25 nM . The inhibitory activity of compound FF - 06 , FF - 07 , FF - 08 was 3.25 nM , and the selectivity index SI was 12740 . The anti - wild HIV - 1 activity of compound FF - 06 was 3.93 - 27.3 渭M . The anti - HIV - 1 and HIV - 2 ( ROD ) did not inhibit the K103N / Y181C - resistant mutant HIV - 1 . It can be found that when Ar is a polar hydrophilic group ( such as 4 - CONH2 - Ph , 4 - -2NH2 - Ph , 4 - SOCH3 - Ph , 4 - CO2CH3 - Ph ) , the anti - HIV - 1 virus activity of the compound is higher than that of Ar is a hydrophobic group when Ar is a polar hydrophilic group . The possible reason is that when Ar is a polar hydrophilic group , it is more advantageous for the compound to be compatible with the hydrophilic environment of the protein - solvent interface . At the same time , the molecular docking study of the compound FF - 06 with the best activity was carried out in this paper . The results showed that the binding pattern of FF06 and HIV - 1 reverse transcriptase was basically the same as that of the lead compound , and the rationality of the novel DAPY type HIV - 1 non - nucleoside reverse transcriptase inhibitor was designed by means of molecular hybrid strategy . In the second part of this paper , the activity of S - DABO compound ( B5a1 - B5a7 ) was modified by the structure - effect analysis of S - DABO HIV - 1 non - nucleoside reverse transcriptase inhibitor and the previous research group , and the activity of the compound ( B5a1 ) was better than that of control drug ( EC50 = 2.24渭M ) . In the third part , the compound PF - 4776548 , which is currently in the stage of clinical research , is used as a lead compound . Based on the skeleton transition strategy , a series of new quinazolinone derivatives ( M01 - 13 , E01 - E13 ) have been designed and synthesized .

【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：R914

【參考文獻(xiàn)】

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1 胡建平;唐典勇;范晶;常珊;;HIV-1整合酶G140A/G149A及T66I/S153Y突變后的構(gòu)象變化[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2010年15期

2 吳可柱;李愛(ài)秀;繆有盼;劉濤;馬翼;;HIV-1整合酶四聚體結(jié)構(gòu)模擬及其活性位點(diǎn)分析[J];中國(guó)生物化學(xué)與分子生物學(xué)報(bào);2009年06期

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本文編號(hào)：1430848