内蒙古嘧啶基于靶标结构的新型稠环嘧啶类HIV-1，NNRTIs抗艾滋病先导化合物及候选药物的发现~

艾滋病(AIDS)主要是由人体免疫缺陷病毒1型(HIV-1)感染引起,属于严重危害人类健康的重大疾病之一。在HIV-1的生命周期中,逆转录酶(reverse transcriptase,RT)负责将携带病毒遗传信息的单链RNA逆转录成双链DNA,是抗艾滋病药物设计的关键靶标。针对该靶标的非核苷类逆转录酶抑制剂(Non-nucleoside RT inhibitors,NNRTIs)因具有高效、低毒等优点,是高效抗逆转录疗法(highlyactiveantiretroviraltherapy,HAART)重要组成部分。但由于 HIV-1 病毒的高变异性,临床上快速出现的耐药株显著降低了该类药物的疗效。耐药性问题成为抗艾滋病药物难以突破的壁垒。因此,新一代高效抗耐药性NNRTls的研发是目前抗艾滋病药物研究的重大科研任务。随着结构生物学新技术的发展,大量NNRTIs与HIV-1 RT的复合晶体结构得到解析,内蒙古玉嘧磺胺这为新型抗耐药性NNRTIs的设计奠定了结构生物学基础。NNRTIs结合位点的高度柔性与“蛋白溶剂界面”的存在为新结构骨架的发现及结构修饰提供了广阔的化学空间。本论文根据HIV-1RT靶标的适配性要求(结构生物学信息),在其蛋白溶剂界面处进行了多样性的结构修饰(克服靶标的柔性),内蒙古嘧啶开展了以下四方面的研究工作,以期发现新型高效抗耐药性抗艾滋病候选药物。基于靶标结构的新型抗艾滋病候选药物K-5a2和25a的发现。以新一代抗艾滋病上市药物依曲韦林(ETV)为先导化合物,基于分子杂合和骨架跃迁的药物设计策略,发现了对HIV-1野生株及多数临床常见突变株活性均优于ETV的噻吩并嘧啶类NNRTIsK-5a2,但对于临床最常见的双突变株RES056,其活性(EC50 = 30.6nM)与依曲韦林(EC50=17nM)相比仍有一定差距。为进一步提高化合物的抗耐药性,本论文第二章以K-5a2为先导化合物,综合运用基于靶标结构的合理药物设计及抗耐药性药物设计策略(形成主链氢键、精准靶向保守型氨基酸等),依次对其右翼哌啶胺、中心稠合环和左翼芳环进行了结构多样性的修饰,以探讨未知的化学空间,克服柔性靶标与配体精准结合模式的不可预知性,并完善该类抑制剂的构效关系。经亲核取代、氧化、去保护、Wittig-Hornor等反应,本章共合成了三个子系列共计35个结构全新的噻吩并嘧啶类化合物。采用MTT法对目标化合物进行细胞水平抗病毒活性实验。活性结果显示,在K-5a2右翼哌啶环引入取代基、更换哌啶环氮原子位置以及对其中心环进行等排替换时,化合物虽然对HIV-1野生株和多数突变株仍具有高效的抑制活性,但对双突变株RES056,活性仍低于ETV。在其左翼引入氰基乙烯基时,所得化合物IA-19a-w抗耐药性显著提高,IA-19a(25a)的活性尤为突出。对HIV-1 IIIB(EC50 = 1.22 nM)和单突变株 L100I(EC50 = 1.34 nM)、内蒙古嘧啶K103N(EC50 = 0.958 nM)、Y181C(EC50 = 5.00nM)、Y188L(EC50 = 5.45nM)、E138K(EC50 = 4.74 nM)以及双突变株K103N+Y181C(EC50 = 5.50 nM),其活性约为ETV的3-4倍;抑制双突变株F227L+V106A的活性(EC50 = 2.70 nM)较ETV提高了 10倍。内蒙古氨基嘧啶初步的成药性评价结果显示K-5a2和25a均具有良好的药代动力学性质和和较低的毒性,是具有重要开发前景的新一代非核苷类抗艾滋病候选药物。为进一步明确K-5a2和25a的抗耐药机制,本章解析了 K-5a2、25a与HIV-1野生株和多种突变株RT的复合晶体结构,详尽地阐释了二者与HIV-1RT之间的结合模式,并首次从结构生物学角度推断了 ETV和RPV对p51亚基E138K突变敏感的机制,为新型高效抗耐药性NNRTIs的设计奠定了结构生物学基础。靶向NNIBP“可容纳区域I”的HIV-1 NNRTIs的设计、合成和活性评价。本文第三章以K-5a2和DAPY类NNRTIsRDEA003为先导化合物,基于生物电子等排、分子杂合以及骨架跃迁等药物设计策略,对其伸向NNIBP“可容纳区域I”的右翼进行了活性导向的结构修饰。经亲核取代、Buchwald-Hartwig交叉偶联等反应,本章共合成了 4个系列共计101个结构全新的噻吩并嘧啶类化合物。活性结果显示,内蒙古嘧啶IIA和IIB系列大多数化合物仅具有亚微摩尔到微摩尔水平抑制HIV-1 IIIB的活性,其中活性好的化合物为IIA-5b(EC50 = 0.0092 μM)。