新型核苷类化合物的合成及活性研究

论文摘要

核苷类药物作为当前抗逆转录病毒药物的中坚力量,在艾滋病和乙肝的治疗中起到了巨大的作用。目前美国食品与药品管理局（FDA）批准上市治疗艾滋病的核苷类药物共有7种,但其副作用及长期使用产生的耐药性对治疗产生了负面影响,因此合成新型的能够抑制耐药性病毒株及毒副作用小的核苷化合物具有重大意义。口前临床使用的7种核苷类药物均为2’,3’-二脱氧核苷,3’-OH的缺失是其与天然核昔的最大区别,也是导致病毒能够对其识别从而产生耐药性的原因之一。本文以2-β-氟代阿糖为原料合成了一系列4’-取代的核苷化合物,并对所合成的化合物进行了活性测试和构象研究。具体研究工作如下：一、综合现有核苷类药物及文献报道的核苷类化合物的特点,以2-p-氟代阿糖为原料设计合成了一系列4’-取代核苷化合物,该类化合物结构与天然核苷类似,仍旧具有3’-OH羟基,不容易被病毒识别并产生耐药性。所合成的化合物均为新型核苷类化合物并申请了专利保护,现已授权。活性测试显示化合物1a,1b,2,25和26都具有很好的抗HIV活性,其中化合物25还具有抗HBV活性和抗肿瘤活性。二、用X-射线单晶衍射仪对化合物25的晶体构型进行了分析,并用核磁共振仪对化合物1a,2和25在溶液里的构型进行了分析。化合物25的单晶衍射显示C-3’以exo构型（S型）存在。通过H-1’和H-2’以及H-2’和H-3’之间的偶合常数,利用修正过的Karplus方程计算了H1’和H2’,H2’和H3’的二面角,结果显示在溶液里化合物1a,2和25主要以endo构型（N型）存在。同时运用核磁共振仪对化合物25及其盐酸盐（化合物26）进行了分析,发现成盐后的质子化位置是嘧啶环的N-3,而不是通常认为的4-NH2。另外N-3被质子化后,C4-N4产生了明显的双键性质,致使氨基的两个质子产生了很大的化学位移差别。三、用野生型艾滋病病毒株对合成的化合物进行了抗艾滋病毒活性测试。结果表明化合物2、25和26均具有很强的抗艾滋病毒活性,IC50分别为1.34nM、0.3nM和0.13nM,远远优于AZT （IC50=47nM）,同时未显示出明显的毒性。用HepG2.2.15细胞对化合物25进行了体外活性试验,结果表明化合物25对HepG2.2.15细胞的复制具有有很强的抑制作用,效果明显优于拉米夫定（3TC）,同时具有较低的细胞毒性。用麻鸭作为模型的体内抗鸭乙肝病毒活性测试表明,化合物25对鸭血清中的DHBV-DNA抑制效果明显,优于拉米夫定,同时对鸭子肝脏组织病理切片检查表明化合物25在一定程度上能够改善DHBV感染的雏鸭的肝脏组织学。四、用人类肿瘤细胞系（包括B细胞性非霍奇金淋巴瘤,肺腺癌等）对化合物25进行了体外抗肿瘤试验,结果表明化合物25对这些肿瘤细胞的半数抑制浓度（IC50）在0.95-4.55μM的范围内,对一些肿瘤细胞的凋亡呈现浓度依赖和时间依赖效应。移植瘤小鼠模型（肝癌H22,肉瘤S180,胃癌SGC7901）的体内抗肿瘤试验结果表明,化合物25对肿瘤生长具有很好的抑制率并呈现浓度依赖效应,并且毒性较低。五、合成了N3-甲基脱氧核糖胸苷,并将其与FTO蛋白结合获得了晶体并解析了晶体结构。发现了FTO蛋白与同源蛋白相比所具有的独特信息：1)C末端结构域主要由α-螺旋构成,是一种新的结构折叠方式；2)位于jelly-roll motif结构域的β5与β6之间的L1 loop是FTO蛋白所独有的,解释了FTO选择单双链的机理,是一种全新机理；3)提出了FTO基因蛋白对不同的甲基化修饰碱基特异性识别的结构基础。本研究根据酶与底物复合物的晶体结构的解析,设计了小分子化合物来抑制其酶活性,为筛选可用于肥胖治疗的药物提供了可能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• Abbreviation
• Chapter Ⅰ:Review:Characteristic and treatment of HIV,HBV and HCV
• 1 Introduction
• 2 HIV
• 2.1 Introduction
• 2.2 Structure and genome of HIV
• 2.3 HIV Life Cycle
• 2.4 Anti-HIV Drug Design
• 2.5 Current therapy of HIV
• 3 HBV
• 3.1 Introduction
• 3.2 Structure and genome of HBV
• 3.3 HBV Life Cycle
• 3.4 Current status of HBV therapy
• 4 HCV
• 4.1 Introduction
• 4.2 Structure and genome of HCV
• 4.3 HCV life cycle
• 4.4 Current status of HCV chemotherapy
• 5 Current status of HIV, HBV and HCV in China
• Chapter Ⅱ Synthesis of 4'-substituted nucleoside analogues
• 1 Background
• 2. Synthesis of 2'-deoxy-2'-fluoro-4'-C-ethynl nucleosides analogues
• 2.1 Chemistry
• 2.2 Experimental Section
• 3 Synthesis of 4'-azido-2'-deoxy-2'-fluoro-nucleosides analogues
• 3.1 Chemistry
• 3.2 Experimental Section
• Chapter Ⅲ Solid-state and solution conformation of 4'-substitutednucleoside analogues
• 1 Introduction
• 2 Solid-state confirmation of compound 25
• 2.1 Result and discussion
• 2.2 Experimental
• 3 Solution conformations of compound 1a,2,25 and 26
• 3.1 Result and Discussion
• 3.2 Experimental
• 4 Difference between compound 2,25 and their hydrochloride salts
• 4.1 Result and Discussion
• 4.2 Experimental
• Chapter Ⅳ Antiviral Activity of 4'-substituted nucleoside analogues
• 1 Anti-HIV activity of Compound 1a,1b,2,25 and 26
• 1.1 Results and Discussion
• 1.2 Anti-HIV（wt）activity assay
• 1.3 Cell Viability Assay
• 2 Anti-HBV activity of compound 25（FNC）
• 2.1 Materials
• 2.2 Methods
• 2.3 Result
• 2.4 Discussion
• Chapter Ⅴ Anti-tumor activity compound 25
• 1 Materials and Methods
• 2 Results
• 2.1 FNC induces cell cycle arrest in G1 and S phases
• 2.2 FNC inhibits cell proliferation
• 2.3 FNC induces apoptosis
• 2.4 FNC inhibits tumor growth in xenograft mice
• 3 Discussion
• 3-methyl-thymidinebounded with FTO'>Chapter Ⅵ Synthesis and crystallography study of N³-methyl-thymidinebounded with FTO
• 1. Introduction
• 2. Results and Discussion
• 2.1 Chemistry
• 2.2 Structural Biology
• 3. Experimental
• 3.1 Chemistry
• 3.2 Protein expression and purification
• 3.3 Crystallization,data collection,structure determination and refinement
• 3.4 Gel-filtration assay
• 3.5 In vitro demethylation activity assay
• Conclusion
• Reference
• Appendix A Spectra of Chapter Ⅱ
• Appendix B Figures and spectra of Chapter Ⅵ
• Appendix C Structures of synthesized compounds
• Publications
• Patents
• Acknowledgement