基于优势骨架的新型HIV--1/HBV RNase H抑制剂的设计、合成及活性评价
逆转录病毒包括人类免疫缺陷病毒1型和2型(分别为HIV-1和HIV-2)和乙肝病毒(HBV)在内的许多重要的人类病原体。其中，HIV-1、HBV分别是艾滋病(AIDS)和乙肝(CHB)的主要病原体。在全球范围内，艾滋病毒感染人数居高不下，其中，约有10％的HIV感染者并发感染HBV，严重威胁着人类的健康与生命。尽管高效抗逆转录病毒疗法(HAART)和核苷酸类似物疗法分别在控制HIV病毒载量、抑制HBV的增殖和降低肝脏相关并发症的发生等方面发挥了十分重要的作用，但是长期用药所产生的耐药性以及蓄积毒性限制了当前疗法的广泛应用，因此，研发具有新靶标、新机制的高效、低毒、抗耐药性的新型抗HIV/HBV药物显得尤为重要。 HIV和HBV逆转录酶(RTs)由两种酶组成:DNA聚合酶和核糖核酸酶H(RNase H)，它们在逆转录过程中以协调的方式促进双链病毒DNA的产生。其中，RNaseH是核酸内切酶，在核心催化域内，HBV约有23％的氨基酸序列与HIV一致。RNaseH通过切割RNA/DNA杂合双链中的RNA，促进病毒双链DNA的合成。尽管目前文献报道了多种RNaseH活性抑制剂，但是，由于其中大多数存在细胞毒性大、抗病毒活性差等缺点，迄今为止该类抑制剂尚未被批准应用于临床，因此，开发特异性高、细胞毒性低、抗病毒活性强的新型RNaseH抑制剂仍然是当前抗病毒药物研究的主要方向。 基于HIV/HBVRNaseH核心催化域的结构以及功能的相似性，本论文基于课题组前期发现的抗病毒优势骨架，分别采用“双翅膀”取代修饰、优势取代基杂合等策略对新型HIV/HBVRNaseH抑制剂的研究进行了全面的探索。 新型多酚类HIV-1RNaseH抑制剂的设计、合成与活性评价。 自然界中的多酚类化合物种类数不胜数，分布广泛，具有抗氧化、抗肿瘤以及抗病毒等生物活性。本课题组早期通过探索发现了具有酶抑制活性的多酚类HIV-1RNaseH抑制剂11，但因其极性大、膜通透性差，导致其细胞水平的抗病毒活性弱。与此同时，HIV-1RNaseH活性位点的配体结合口袋较浅，因此靶向蛋白-溶剂开口区，通过引入延展性结构对先导化合物进行结构改造，形成新的“附着力”，是提高病毒抑制活性、改善理化性质的有效途径。基于此分析，我们以11为先导化合物，根据蛋白-溶剂开口区的结构特征，保留优势的金属螯合骨架，分别在哌嗪环的C2、C3位引入优势疏水侧链，形成“双翅膀”型取代基，使分子呈现“Y”型构象，同时对引入取代基的多样性进行探讨，设计合成了一系列共20个新型多酚类衍生物。抑酶活性结果显示，与阳性对照β-侧柏酚(IC50=1.98±0.22μM)相比，11个目标化合物表现出更佳的抑制活性，其中，化合物IA-6抑制活性最佳，达到0.067±0.02μM，约为β-侧柏酚的30倍。分子模拟表明，多酚金属螯合基团可与两个Mg2+形成关键的金属螯合作用，两条侧链分别朝向不同的蛋白-溶剂界面，稳定小分子与蛋白质的结合构象，其中，新引入的呋喃基甲胺基朝向H539，可与之形成额外的疏水作用。不幸的是，该类化合物未表现出细胞水平抗病毒活性，但是值得肯定的是，这一系列化合物中大部分具有很低的细胞毒性，优于对照拉米夫定(3TC)和奈韦拉平(NVP)，具有进一步开发的潜力。 新型羟基喹唑啉类HIV-1RNaseH抑制剂的设计、合成与活性评价。 在新药研发的过程中，药物小分子结构的复杂性影响其与目标蛋白的亲和力，其中，Fsp3(sp3杂化碳原子的分数，即sp3杂化碳原子数/总碳数)通过确定分子的碳饱和度，表征分子空间结构的复杂性，对药物药效的提高发挥着十分重要的作用。通过提高Fsp3值，使其在三维空间上更舒展，占据更大的空间，是改善目标化合物理化性质的有效方法。本论文针对课题组早期发现的新型羟基喹唑啉类RNaseH抑制剂所表现出的细胞渗透性差、抗病毒活性弱等缺点，以43为先导化合物，在保留羟基喹唑啉优势骨架的基础上，一方面，借鉴Fsp3概念，引入柔性的饱和杂环取代基，提高Fsp3值，改善理化性质;另一方面，借鉴优势疏水性取代基，对43进行系统的侧链修饰，丰富取代基的结构类型，设计合成了一系列共10个化合物。抑酶活性结果表明，6个化合物的活性较阳性对照β-thujaplicinol有了一定程度的提高，其中化合物Ⅱ-9和Ⅱ-10对于HIV-1RNaseH的抑制活性与先导化合物43相当，IC50值分别为0.99±0.30μM和0.82±0.29μM。相关的体外抗HIV活性测试正在进行。 新型吡啶骈嘧啶酮类HBVRNaseH抑制剂的设计、合成及活性评价。 药物再定位策略，又称“老药新用”，主要是发现已批准或正在研究的药物在原有药理作用范围外的新用途。与针对特定适应症开发的全新型药物相比，该策略具有失败风险低、研发时间短等优势，得到了广泛关注。本论文以课题组前期通过药物再定位策略发现的苗头化合物31为先导化合物，结合三点药效团模型，保留吡啶骈嘧啶酮优势骨架，将C4位取代基简化，C6位引入柔性连接链(Linker)和狭长的疏水性侧链，设计合成一系列共14个化合物。遗憾的是，所设计的吡啶骈嘧啶酮类化合物在测试浓度下均未对HBVDNA表现出抑制作用。Caco-2细胞单向渗透性测试实验结果显示，化合物Ⅲ-14表现出较差的细胞渗透性，解释了该系列化合物未在细胞水平表现出预期的HBVDNA抑制活性的原因。相关的HBsAg以及HBeAg抑制活性测试正在进行。
HIV-1;HBV;RNaseH;抑制剂;优势骨架;设计合成
山东大学
硕士
药物化学
展鹏
2021
中文
R978.7
2021-08-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）