內(nèi)蒙古嘧啶基于靶標結(jié)構(gòu)的新型稠環(huán)嘧啶類HIV-1，NNRTIs抗艾滋病先導(dǎo)化合物及候選藥物的發(fā)現(xiàn)~

艾滋病(AIDS)主要是由人體免疫缺陷病毒1型(HIV-1)感染引起,屬于嚴重危害人類健康的重大疾病之一。在HIV-1的生命周期中,逆轉(zhuǎn)錄酶(reverse transcriptase,RT)負責將攜帶病毒遺傳信息的單鏈RNA逆轉(zhuǎn)錄成雙鏈DNA,是抗艾滋病藥物設(shè)計的關(guān)鍵靶標。針對該靶標的非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑(Non-nucleoside RT inhibitors,NNRTIs)因具有高效、低毒等優(yōu)點,是高效抗逆轉(zhuǎn)錄療法(highlyactiveantiretroviraltherapy,HAART)重要組成部分。但由于 HIV-1 病毒的高變異性,臨床上快速出現(xiàn)的耐藥株顯著降低了該類藥物的療效。耐藥性問題成為抗艾滋病藥物難以突破的壁壘。因此,新一代高效抗耐藥性NNRTls的研發(fā)是目前抗艾滋病藥物研究的重大科研任務(wù)。隨著結(jié)構(gòu)生物學新技術(shù)的發(fā)展,大量NNRTIs與HIV-1 RT的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)得到解析,內(nèi)蒙古玉嘧磺胺這為新型抗耐藥性NNRTIs的設(shè)計奠定了結(jié)構(gòu)生物學基礎(chǔ)。NNRTIs結(jié)合位點的高度柔性與“蛋白溶劑界面”的存在為新結(jié)構(gòu)骨架的發(fā)現(xiàn)及結(jié)構(gòu)修飾提供了廣闊的化學空間。本論文根據(jù)HIV-1RT靶標的適配性要求(結(jié)構(gòu)生物學信息),在其蛋白溶劑界面處進行了多樣性的結(jié)構(gòu)修飾(克服靶標的柔性),內(nèi)蒙古嘧啶開展了以下四方面的研究工作,以期發(fā)現(xiàn)新型高效抗耐藥性抗艾滋病候選藥物?；诎袠私Y(jié)構(gòu)的新型抗艾滋病候選藥物K-5a2和25a的發(fā)現(xiàn)。以新一代抗艾滋病上市藥物依曲韋林(ETV)為先導(dǎo)化合物,基于分子雜合和骨架躍遷的藥物設(shè)計策略,發(fā)現(xiàn)了對HIV-1野生株及多數(shù)臨床常見突變株活性均優(yōu)于ETV的噻吩并嘧啶類NNRTIsK-5a2,但對于臨床最常見的雙突變株RES056,其活性(EC50 = 30.6nM)與依曲韋林(EC50=17nM)相比仍有一定差距。為進一步提高化合物的抗耐藥性,本論文第二章以K-5a2為先導(dǎo)化合物,綜合運用基于靶標結(jié)構(gòu)的合理藥物設(shè)計及抗耐藥性藥物設(shè)計策略(形成主鏈氫鍵、精準靶向保守型氨基酸等),依次對其右翼哌啶胺、中心稠合環(huán)和左翼芳環(huán)進行了結(jié)構(gòu)多樣性的修飾,以探討未知的化學空間,克服柔性靶標與配體精準結(jié)合模式的不可預(yù)知性,并完善該類抑制劑的構(gòu)效關(guān)系。經(jīng)親核取代、氧化、去保護、Wittig-Hornor等反應(yīng),本章共合成了三個子系列共計35個結(jié)構(gòu)全新的噻吩并嘧啶類化合物。采用MTT法對目標化合物進行細胞水平抗病毒活性實驗。活性結(jié)果顯示,在K-5a2右翼哌啶環(huán)引入取代基、更換哌啶環(huán)氮原子位置以及對其中心環(huán)進行等排替換時,化合物雖然對HIV-1野生株和多數(shù)突變株仍具有高效的抑制活性,但對雙突變株RES056,活性仍低于ETV。在其左翼引入氰基乙烯基時,所得化合物IA-19a-w抗耐藥性顯著提高,IA-19a(25a)的活性尤為突出。對HIV-1 IIIB(EC50 = 1.22 nM)和單突變株 L100I(EC50 = 1.34 nM)、內(nèi)蒙古嘧啶K103N(EC50 = 0.958 nM)、Y181C(EC50 = 5.00nM)、Y188L(EC50 = 5.45nM)、E138K(EC50 = 4.74 nM)以及雙突變株K103N+Y181C(EC50 = 5.50 nM),其活性約為ETV的3-4倍;抑制雙突變株F227L+V106A的活性(EC50 = 2.70 nM)較ETV提高了 10倍。內(nèi)蒙古氨基嘧啶初步的成藥性評價結(jié)果顯示K-5a2和25a均具有良好的藥代動力學性質(zhì)和和較低的毒性,是具有重要開發(fā)前景的新一代非核苷類抗艾滋病候選藥物。為進一步明確K-5a2和25a的抗耐藥機制,本章解析了 K-5a2、25a與HIV-1野生株和多種突變株RT的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu),詳盡地闡釋了二者與HIV-1RT之間的結(jié)合模式,并首次從結(jié)構(gòu)生物學角度推斷了 ETV和RPV對p51亞基E138K突變敏感的機制,為新型高效抗耐藥性NNRTIs的設(shè)計奠定了結(jié)構(gòu)生物學基礎(chǔ)。靶向NNIBP“可容納區(qū)域I”的HIV-1 NNRTIs的設(shè)計、合成和活性評價。本文第三章以K-5a2和DAPY類NNRTIsRDEA003為先導(dǎo)化合物,基于生物電子等排、分子雜合以及骨架躍遷等藥物設(shè)計策略,對其伸向NNIBP“可容納區(qū)域I”的右翼進行了活性導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)修飾。經(jīng)親核取代、Buchwald-Hartwig交叉偶聯(lián)等反應(yīng),本章共合成了 4個系列共計101個結(jié)構(gòu)全新的噻吩并嘧啶類化合物。活性結(jié)果顯示,內(nèi)蒙古嘧啶IIA和IIB系列大多數(shù)化合物僅具有亞微摩爾到微摩爾水平抑制HIV-1 IIIB的活性,其中活性好的化合物為IIA-5b(EC50 = 0.0092 μM)。