取代均三唑类新型HIV-1 NNRTIs的设计、合成及活性研究

论文摘要

艾滋病,全名为“获得性免疫缺陷综合症”（Acquired immunodeficiencysyndrome,AIDS）,是由人类免疫缺陷病毒（Human immumodeficiency virus,HIV）引起的严重传染性疾病。HIV是一种逆转录病毒,HIV逆转录酶（Reversetranscriptase,RT）以单链的病毒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,然后病毒DNA迅速整合到宿主DNA中,从而完成转录、翻译、组装等生命活动。逆转录酶在病毒整个生命周期中起着关键作用,是抗病毒治疗的重要靶点。其中非核苷类逆转录酶抑制剂（Non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors,NNRTIs）特异性地结合到逆转录酶非底物（dNTP）结合的变构部位,通过疏水性相互作用,使逆转录酶结构中具有催化活性的部位发生重新定位而使其呈现无活性的构象,从而抑制酶的活性,是逆转录酶的非竞争性抑制剂。NNRTI结构多样,是高效抗逆转录疗法（Highly active antiretroviral therapy,HAART）的重要组成部分,研发新型、高效、低毒、广谱抗耐药的NNRTI是目前抗HIV药物研究的重要方向之一。本研究以HIV-1 RT为作用靶点,基于NNRTIs-RT复合物的三维结构特点,根据生物电子等排体和拼合药物设计原理,以本实验室经筛选获得活性较好的3-（2’-呋喃）-4-氨基-5-巯基-1,2,4-取代均三唑化合物4e为先导化合物,并参考3-噻吩-4-苄基-5-巯基-1,2,4-取代均三唑类NNRTI的构效关系及作用模式,优化设计了a系列3-噻吩-4-氨基取代-5-苄基硫代均三唑结构骨架的新型NNRTI。我们以3-噻吩-4-氨基-5-巯基均三唑为母核,以不同的取代苄基和取代芳醛为取代基,对这些衍生物计算优势构象,构建虚拟化合物库,以NNRTIs的结合腔袋（Non-nucleoside inhibitor binding pocket,NNIBP）为靶点,使用Sybyl 7.0的FlexX模块对虚拟化合物库进行分子对接,根据结合能量大小,评价打分,定向合成得分较高的部分化合物,以期获得新的三唑类HIV-1逆转录酶抑制剂。三唑/四唑巯乙酰胺类化合物是通过高通量筛选（High-throughput screening,HTS）得到的一类结构新颖的NNRTI。该类化合物不但对野生型RT具有较强的抑制活性,对含有K103N-Y181C变异的HIV-1 RT也具有很高的活性,符合新一代抗耐药抑制剂药效团模型的结构要求,是一类具有重要研发前景的新型NNRTI。我们选取此种结构骨架的抑制剂为先导化合物,结合分子模型及构效关系,并参考Capravirine的晶体结构,利用Sybyl 7.0的DiscoTECH（Distancecomparation technique）模块对三唑/四唑类及Capravirine类NNRTI的分子进行药效团分析,确定较为合理的药效团模型,通过原子空间距离的计算改造了b系列均三唑化合物。合成反应氨基巯三唑a系列以2-呋喃（或噻吩）甲酸为原料,经酯化、肼解、制得双氨基硫脲化合物,在水合肼条件下环合,调节PH形成母环中间体,在其4-位氨基上进行醛缩合反应和5-位巯基上烷基化反应。三唑巯乙酰胺b系列以异丁酸为原料,经酯化、肼解,与异硫氰酸酯加成制得双氨基硫脲化合物,在碱性条件下环合,调节PH形成4-位取代的母环中间体后,在5-位巯基上与氯乙酰取代苯胺进行烷基化反应。2个系列共合成了39个全新结构的化合物,并由MS、1H-NMR、13C-NMR以及IR光谱分析确证。设计合成的氨基巯三唑类衍生物（10a1-25）和三唑巯乙酰胺类衍生物（8b1-9）对感染HIV-1（ⅢB）的MT-4细胞进行了抗HIV-1活性实验,发现了多个具有较高活性的新型NNRTI,其中活性最强,选择性最高的化合物是8b4,其EC50、CC50分别为4.26μM、209μM,选择性指数SI为49。抑制活性较高的原因可能是由于它与HIV-1 RT的相互诱导作用时,其空间构型和电荷分布与逆转录酶的疏水腔袋能够相互匹配。此外,8b10-14将要进行抗病毒活性筛选,期待能有所收获。总之,我们以高效先导化合物氨基巯三唑类和三唑/四唑巯乙酰胺衍生物为模板,根据药物设计的生物电子等排体原理和拼合思路,设计合成了2个系列共39个结构全新的化合物。对其进行了抗HIV活性筛选,通过构效关系分析提供了化合物的结构和活性之间有益的信息,为该类化合物进一步的结构改造和优化奠定了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 前言
• 1 HIV-1的生物学特征
• 1.1 HIV-1病毒粒子结构特征
• 1.2 HIV-1基因组结构及功能
• 2 HIV-1的生命周期
• 2.1 吸附、融合和穿入
• 2.2 逆转录和整合
• 2.3 mRNA转录和早期合成
• 2.4 晚期合成和病毒颗粒释放
• 3 HW-1抑制剂的研究进展
• 3.1 HIV-1侵入抑制剂
• 3.1.1 协同受体抑制剂
• 3.1.2 融合抑制剂
• 3.2 HIV-1逆转录酶抑制剂
• 3.2.1 核苷（酸）类逆转录酶抑制剂
• 3.2.2 非核苷类逆转录酶抑制剂
• 3.3 HIV-1整合酶抑制剂
• 3.4 HIV-1蛋白酶抑制剂
• 4 小结
• 第二章 目标化合物的设计
• 1 HIV-1逆转录酶
• 1.1 HIV-1逆转录酶的结构与功能
• 1.2 HIV-1 RT与NNRTIs的相互作用机制
• 2 HIV-1 RT与NNRTIs复合物的晶体结构
• 3 HIV-1 NNRTIs三维结构模型特点
• 4 取代均三唑类新型HIV-1 NNRTIs的设计
• 4.1 氨基巯三唑系列衍生物的设计
• 4.2 三唑巯乙酰胺系列衍生物的设计
• 第三章 合成实验部分
• 1 仪器与试剂
• 1.1 仪器
• 1.2 试剂
• 2 目标化合物的合成路线
• 3 目标化合物的制备
• 3.1 氨基巯三唑系列衍生物的制备
• 3.2 三唑巯乙酰胺系列衍生物的制备
• 4 合成实验讨论
• 5 化合物图谱特征峰归属
• 第四章 目标化合物体外抑制HIV活性实验
• 1 测试原理
• 2 测试材料和方法
• 3 结果
• 4 活性结果分析
• 第五章 实验总结与展望
• 1 总结
• 1.1 设计总结
• 1.2 合成实验总结
• 1.3 活性实验总结
• 2 展望
• 参考文献
• 附录Ⅰ 目标化合物结构列表
• 附录Ⅱ 化合物图谱
• 附录Ⅲ 攻读硕士研究生期间发表论文目录
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表