新型取代嘧啶酮类（S-DABOs）HIV-1 NNRTIs的设计、合成及活性研究

论文摘要

获得性免疫缺陷综合症,即艾滋病（Acquried immunodeficiency syndrome）简称AIDS,由感染人类免疫缺陷病毒（Human immunodeficiency virus type, HIV）引起的。它把人体免疫系统中最重要的T4淋巴组织作为攻击目标,破坏人的免疫平衡。目前,艾滋病已经成为危害人类生命健康的重大传染性疾病。HIV为一种逆转录病毒,它在侵入宿主细胞后,在逆转录酶的作用下以病毒的单链RNA为模板将三磷酸脱氧核苷（dNTP）有序地连接起来合成双链DNA,新合成的双链DNA迅速整合到宿主DNA中,完成转录、翻译、组装等整个生命周期。逆转录酶因其在病毒生命周期中的重要作用而成为抗HIV治疗的重要靶点。靶向于病毒逆转录酶的抑制剂可以分为核苷类逆转录酶抑制剂（NRTIs）和非核苷类逆转录酶抑制剂（NNRTIs）两大类。其中非核苷类逆转录酶抑制剂因具有高效、低毒、高选择性等特点而倍受关注。NNRTIs可以特异性的结合到RT非底物结合的变构部位,通过疏水性作用,使逆转录酶结构中具有催化活性的部位重新定位呈现出无活性的构象从而抑制酶的活性,NNRTIs是逆转录酶的非竞争性抑制剂。但是,近年来由于耐药毒株的蔓延使该类药物的临床价值迅速丧失,因此新型的高效、低毒、广谱抗耐药NNRTIs是目前抗HIV药物研发的重要方向之一。迄今为止,已报道的NNRTIs有50多类,二氢烷氧苄基嘧啶酮（Dihydro-alkylthio-benzyl-oxopyrimidines, DABOs）衍生物为其中较为典型的一类。DABO类非核苷类抑制剂独特的结构特点能够提高分子构象的柔性及在靶点中的位置可适应性,进而有效抑制靶点突变导致的病毒耐药性。目前为止,许多高活性的DABO衍生物被开发出来。本论文在总结前人对DABO类化合物的构效关系以及化合物分子周围的立体、静电场和疏水场分布等的研究结果基础上,运用生物电子等排体等药物设计原理,设计了A系列5-烃基-2-（硫代芳基）-6-（1,2,3,4-四氢喹啉-N-亚甲基）取代的S-DABO衍生物和B系列5-烃基-2-（硫代芳基）-6-（3-吲哚甲基）取代的S-DABO衍生物两个系列目标分子。通过对这两个系列的化合物进行分子对接模拟以从理论上验证设计思想,结果表明目标分子的结构修饰具有理论上的合理性。最后,根据分子对接,虚拟筛选,据虚拟评价结果打分的高低,确定欲合成的目标化合物。目标化合物的合成采用Clay合成路线。将取代丙二酸二乙酯单钾盐、无水MgCl2、Et3N混合搅拌2个小时,随后将取代的芳基乙酸和N,N-羰基二咪唑（CDI）反应混合液置于上述混合液中,反应得β酮酸酯的粗品（A4a-4c, B2）,可不经纯化直接用于下一步。将硫脲与粗产品β-酮酸酯置于乙醇溶液中在乙醇钠的催化下加热回流,环合得到关键的中间体硫脲嘧啶母环（A5a-5c, B3）。母环置于K2CO3的无水DMF溶液中,加入取代基（对位取代的芳基苄类和对位取代的α芳基乙酮甲基类）,室温搅拌,得一系列目标化合物（A6a1-6a14, A6b1-6b14, A6c1-6c14, B4d1-4d10）。共计合成了2个系列共52个全新结构的化合物,所合成化合物的化学结构由IR、MS以及1H-NMR光谱分析确证。将设计合成的两个系列S-DABOs类衍生物进行了初步的抗HIV-1（ⅢB）及抗HIV-2 （ROD）活性筛选。筛选是运用MTT的方法,通过测定感染HIV的MT-4细胞的抑制活性,得到保护50%细胞免于细胞病变的药物浓度（EC50）,从而得出目标化合物的抗HIV的活性。同时,测定化合物使50%未感染HIV的细胞发生病变的浓度（CC50）,计算出选择系数SI, SI=CC50/EC50)。结果表明,A系列5-烃基-6-（1-（1,2,3,4-四氢喹啉甲基））取代的S-DABO类衍生物具有较好的抗HIV-1活性。而B系列5-烃基-6-（3-吲哚甲基）取代的S-DABO类衍生物的抗HIV-1活性较低。活性较好的两个化合物为A6c1 （EC50=0.24μM, CC50>297.95μM, SI>1218）和A6c6 （EC50=0.38μM, CC50>61.84μM, SI>164）,其活性与上市药物奈韦拉平与地拉韦定（阳性对照药）相接近,这表明5-烃基-6-（1,2,3,4-四氢喹啉甲基）取代的S-DABO类衍基具有较大的研发前景。所筛选的两个系列的化合物对HIV-2（ROD）无明显抑制作用。另外,一些活性较好的目标化合物对逆转录酶及其它多种耐药毒株的活性筛选试验正在进行中,期待有新的发现。对目标化合物的构效关系进行了总结,C2侧链末端苯环上取代基性质对活性有影响,当取代基为苯乙酮类时活性高于苄基类；C5位引入的烃基随体积的增大活性提高,活性顺序一般为Et>Me>H;与先导物相比,新合成的A系列化合物的活性有所降低,说明了A系列与作用靶点的结合方式与先导物有所不同,进一步阐明C6位取代基对化合物活性有显著的影响。总之,本论文通过合理的药物设计及合成,发现了一系列具有进一步研究与开发价值的高活性S-DABOs类NNRTIs。对抗HIV病毒药物的开发研究有着重大的意义。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 第一节 前言
• 1. HIV-1的生物学特征
• 2. HIV-1的生命周期
• 3. 目前上市的抗HIV药物
• 4. 新型药物靶点
• 5. 小结
• 第二节 HIV-1 NNRTI的作用机制及结构类型
• 1. HIV-1逆转录酶的结构和功能
• 2. HIV-1 RT与NNRTIs的相互作用机制
• 3. NNRTI的结构类型
• 第三节 DABO类NNRTIs的研究进展
• 1. N3,C4,C5位结构修饰与SAR研究
• 2. C2侧链的结构修饰与SAR研究
• 3. C6侧链的结构修饰与SAR研究
• 第二章 新型S-DABOS类HIV-1逆转录酶抑制剂的设计
• 1、构效关系研究
• 2、目标化合物的设计
• 3. 分子对接模型及化合物库虚拟评价
• 3.1 分子对接模型的建立
• 3.2 虚拟筛选
• 第三章 实验部分
• 第一节 仪器与试剂
• 1. 仪器
• 2. 试剂
• 第二节 目标化合物的合成路线
• 第三节 目标化合物的合成实验
• 1. 中间体的制备
• 2. DABO系列目标化合物的制备及光谱解析
• 第四节 合成实验讨论
• 第五节 化合物图谱特征峰归属与讨论
• 1. A系列的化合物光谱解析
• 2. B系列的化合物光谱解析
• 第六节 目标化合物的抗HIV活性测定
• 1. 目标化合物抑制HIV活性试验
• 2. 活性结果初步分析
• 3. 构效关系分析
• 4. 小结
• 第四章 总结及展望
• 1、目标分子的设计
• 2、合成实验
• 3、生物活性
• 4、本论文不足之处
• 5、展望
• 参考文献
• 附录
• 附录1 目标化合物的编号及结构
• 1H-NMR,IR和MS图谱'>附录2 化合物的¹H-NMR,IR和MS图谱
• 致谢
• 攻读硕士研究生期间发表论文目录
• 学位论文评阅及答辩情况表