非核苷類HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑2,5,6-三取代S-DABO及6-萘甲基取代N-DABO類似物的分子設(shè)計(jì)、合成及構(gòu)效關(guān)系研究.pdf

1、艾滋病即獲得性免疫缺陷綜合癥(Acquired immunodeficiency syndrome，AIDS)是由人類免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus，HIV)引起的全球性流行疾病，嚴(yán)重威脅著人類的生命和健康，是當(dāng)今最危險(xiǎn)的流行病之一。HIV逆轉(zhuǎn)錄酶(Reverse transcriptase，RT)是病毒特有的，感染宿主細(xì)胞必需的一種關(guān)鍵酶。它主導(dǎo)著HIV的RNA被反轉(zhuǎn)錄為DNA的過(guò)程，是抗HIV

2、/AIDS藥物研發(fā)的重要靶標(biāo)之一。目前已上市的22個(gè)抗艾滋病藥物中，HIV逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑多達(dá)14個(gè)。
　　 二氫烷氧基芐基嘧啶酮(Dihydroalkoxybenzyloxopyrimidines，DABOs)類衍生物是非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑(Non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors，NNRTIs)中頗具代表性的一類化合物，因其具有較小的毒副作用和較高的抗HIV-1活性而倍受

3、關(guān)注。本課題組在NNRTIs的研究與開(kāi)發(fā)中，已成功設(shè)計(jì)并合成了一系列高活性的6-萘甲基、6-萘硫基取代的S-DABO類衍生物，為該系列NNRTIs的進(jìn)一步研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。構(gòu)效關(guān)系研究表明，S-DABO類化合物是以其C-6位芳環(huán)干擾HIV-1 RT結(jié)合口袋(non-nucleoside binding pocket，NNBP)中的Tyr188和Tyr181等氨基酸殘基的構(gòu)象而起作用，干擾越強(qiáng)，活性越強(qiáng)；S-DABOs的C-2位取代基

4、位于NNBP中的柔性部位，由于誘導(dǎo)契合，C-2位取代基可以是結(jié)構(gòu)差異比較大的基團(tuán)，如為烷基硫基、芳基烴基硫基或芳基羰基甲基硫基等，都能獲得高活性的HIV-1抑制劑。此外，C-5位取代基對(duì)S-DABO類似物的抗HIV-1活性也至關(guān)重要，但其影響復(fù)雜，須進(jìn)一步深入研究。
　　 本論文以HIV-1 RT為靶標(biāo)，采用Autodock程序?qū)-DABOs和RT的相互作用方式進(jìn)行了對(duì)接研究。并以此為基礎(chǔ)，對(duì)S-DABO類衍生物的C-2、C-

5、5和C-6位取代基進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾和改造：1)設(shè)計(jì)了2，6-二氯芐基、萘甲基、3，5-二甲基芐基、3，5-雙(三氟甲基)芐基以及3-溴芐基等作為C-6位取代基，期望它們即能對(duì)活性腔穴中的Tyr181和Tyr188的構(gòu)象起較強(qiáng)的干擾作用，又能充分地和NNBP中的保守氨基酸殘基Trp229發(fā)生范德華作用，從而提高目標(biāo)化合物對(duì)野生型HIV-1及其變異病毒株的抑制活性；2)考慮到HIV-1 RT對(duì)S-DABO類衍生物C-2位側(cè)鏈的適應(yīng)性，本論文選擇

6、了對(duì)甲氧基苯基羰基甲基硫基、對(duì)甲氧基芐基硫基、仲丁基硫基等三種不同結(jié)構(gòu)類型的取代基作為目標(biāo)化合物的C-2位側(cè)鏈，以進(jìn)一步篩選出最優(yōu)的C-2位取代基。此外，本論文還設(shè)計(jì)了H，Me，ET，i-Pr等基團(tuán)作為C-5位取代基，以考查C-5位結(jié)構(gòu)改造對(duì)目標(biāo)分子生物活性的影響。基于以上分析，本論文設(shè)計(jì)了系列2-(芳基羰基甲基或芳基甲基或烷基)硫基-5-烷基-6-芳基甲基取代的S-DABO類衍生物作為目標(biāo)化合物，以期發(fā)現(xiàn)更高活性的HIV-1抑制劑并對(duì)

7、其構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行深入探討。
　　 N-DABO類化合物與S-DABOs在結(jié)構(gòu)和構(gòu)效關(guān)系上的相似性，使得這兩類化合物的設(shè)計(jì)可相互借鑒?；趯?duì)分子對(duì)接得到的配體/RT復(fù)合物模型的分析，結(jié)合已有N-DABOs的構(gòu)效關(guān)系，我們認(rèn)為以萘甲基為N-DABO類衍生物的C-6位取代基可能對(duì)提高HIV-1抑制活性有利。一方面，萘環(huán)可為受體的結(jié)合部位提供額外的π堆積作用；另一方面，還可提供與HIV-1 RT的NNBP中的Tyr188、Tyr181等氨

8、基酸殘基的芳香性側(cè)鏈相適應(yīng)的疏水性相互作用以增強(qiáng)目標(biāo)化合物的生物活性。在此基礎(chǔ)上，本論文設(shè)計(jì)了C-2和C-5位具有不同取代基的N-DABO衍生物，以初步確此類化合物的構(gòu)效關(guān)系。其中，以萘甲基作為N-DABOs的C-6位取代基為本課題組首次提出。
　　 本論文成功探索了多條不同路線分別用于合成各系列目標(biāo)化合物。其中S-DABO和N-DABO兩類目標(biāo)化合物都需要的關(guān)鍵中間體芳基乙酰乙酸乙酯(又稱β-酮酯)采用兩種方法合成：1)改進(jìn)的

9、Clay合成法：2)Blaise合成法。其中，Clay合成法以易得的取代丙二酸酯和芳基乙酸為原料合成β-酮酯，具有操作簡(jiǎn)單、方便，產(chǎn)物純度高等優(yōu)點(diǎn)。而B(niǎo)laise合成法則適用于具有位阻的β-酮酯的合成。此外，本論文還成功探索了一條由不同的胺制備取代胍的通用合成路線。
　　 在S-DABO類衍生物的合成中，只須將硫脲和β-酮酯在醇鈉中縮合即可得關(guān)鍵中間體2-硫尿嘧啶，然后讓其與不同的鹵代物在DMF溶液中，在K2CO3存在下進(jìn)行S-

10、烷基化反應(yīng)，即可制得S-DABO類目標(biāo)化合物WYPS001-WYPS069。
　　 在N-DABO類目標(biāo)化合物的合成中，本論文采用了兩條路線來(lái)完成。路線一采用β-酮酯和取代胍一步縮合的方法合成了目標(biāo)化合物WYPN001-WYPN013。此路線的優(yōu)點(diǎn)是可同時(shí)修飾改造N-DABOs嘧啶環(huán)上C-2和C-5位取代基。路線二則以2-硫尿嘧啶為起始原料，經(jīng)S-烴基化、氯化、甲氧化、氧化、親核取代、脫甲基共六步反應(yīng)合成了目標(biāo)化合物WYPN01

11、4-WYPN018。此路線的優(yōu)點(diǎn)是可方便地在C-2位上引入不同的取代基。
　　 本論文共合成150多個(gè)化合物，其中目標(biāo)化合物88個(gè)。除化合物WYPS018和WYPS068外，其余86個(gè)均為新化合物，未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。所有化合物經(jīng)1H NMR、13C NMR、IR、MS和元素分析確證，并對(duì)目標(biāo)化合物WYPS044進(jìn)行了X-單晶結(jié)構(gòu)解析。
　　 對(duì)化合物進(jìn)行的抗HIV細(xì)胞活性和毒性測(cè)定實(shí)驗(yàn)主要包括對(duì)HIV感染MT-4細(xì)胞的抑制活

12、性。生物活性測(cè)定表明，S-DABO類化合物具有顯著的抗HIV-1活性，尤以C-2位取代基為芳基羰基甲基硫基的衍生物活性最好，含有此類取代基的目標(biāo)化合物有多個(gè)為高活性的HIV-1抑制劑。其中，活性最好的化合物為WYPS015，不僅活性比對(duì)照品Nevirapine和Delavirdine提高了7倍(EC50=0.010μM)，還具有非常高的選擇性指數(shù)(SI>31800)。此外，化合物WYPS005，WYPS007，WYPS010和WYPS0

13、14的HIV-1抑制活性均在納摩爾濃度范圍內(nèi)(EC50分別為0.054，0.044，0.040和0.018μM)，且具有很高的選擇性指數(shù)(SI分別為5704，6318，4675和13278)，均高于對(duì)照品Nevirapine和Delavirdine。值得注意的是，化合物WYPS015對(duì)變異病毒株RES056(Y181C和K103C變異)也顯示出很好的抑制作用，其活性雖略低于對(duì)照品Efavirenz，但其選擇性指數(shù)卻和Efavirenz的

14、相同。因此化合物WYPS015可作為一個(gè)新的先導(dǎo)化合物進(jìn)一步深入研究，以開(kāi)發(fā)出更好的針對(duì)耐藥病毒株的HIV-1抑制劑。
　　 本論文所合成的19個(gè)N-DABO類衍生物中，13個(gè)化合物顯示出比對(duì)照品DDI及HEPT更好的HIV-1抑制活性。其中，活性最好的化合物為WYPN004，比對(duì)照品DDI及HEPT增強(qiáng)了約25倍，而選擇性指數(shù)則提高了7倍。此外，大部分N-DABOs對(duì)HIV-2型病毒無(wú)抑制作用，但化合物WYPN006卻顯示出一