K-5a2前药的初步成药性评价与靶向HIV-1逆转录酶毗邻位点的DAPY类NNRTIs的发现

作     者：霍志鹏 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘新泳

授予年度：2018年

学科分类：1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 100701[医学-药物化学] 10[医学] 

主      题：前药 成药性评价 HIV-1 NNRTIs 毗邻位点 药物设计 

摘      要：逆转录酶(reverse transcriptase,RT)是人类免疫缺陷病毒Ⅰ型(HIV-1)逆转录过程的关键作用酶,是抗HIV-1药物研究中的重要靶标之一。目前已上市的RT抑制剂主要包括核苷(酸)类逆转录酶抑制剂(Nucleoside/NucleotideRT inhibitors,N(t)RTs)和非核苷类逆转录酶抑制剂(Non-nucleoside RT inhibitors,NNRTIs)两类。NNRTIs因其独特的抗病毒活性、高特异性和低毒性,在高效抗逆转录病毒疗法又称“鸡尾酒疗法(HAART,highly active antiretroviral therapy)中占据重要地位。然而,快速出现的耐药病毒株、药代动力学性质不佳和长期使用带来的严重毒副作用使得NNRTIs的药物效力大幅削弱。因此,开发具有广谱抗病毒活性和优良药代动力学性质的新型高效低毒的NNRTIs仍具有十分重要的意义,也是当前抗艾滋病药物研究的重要方向。HIV-1 NNRTIs的结构多样性和药效团类似性为新的先导化合物的发现和优化提供了广阔的化学空间。其中,抗艾滋病候选药物K-5a2是本课题组以二芳基嘧啶类(Diarylpyrimidines,DAPYs)上市药物依曲韦林(Etravirine,ETR)为先导发现的噻吩并嘧啶类HIV-1NNRTIs。K-5a2具有突出的抗HIV-1活性,其抑制HIV-1野生株(wildtype,WT)和突变株活性均超过或与ETR相当。但K-5a2口服生物利用度较低、半衰期较短,药代动力学性质和成药性有着很大的提升空间;同时,HIV-1 RT构象的内在灵活性为发现新型HIV-1 NNRTIs提供了许多新的结合位点。在保持经典结合模式的同时,靶向新结合位点有利于提高小分子与靶标之间的特异性亲和力,继而提高化合物抗耐药性。本论文围绕改善K-5a2药代动力学性质及成药性和提高HIV-1 NNRTIs抗耐药性的科学问题,主要分为以下两部分:第一部分:抗艾滋病候选药物K-5a2前药的设计、合成及初步成药性评价K-5a2是本课题组以ETR为先导化合物,根据靶标三维空间的适配性,综合运用基于靶标结构的合理药物设计、抗耐药性药物设计策略及多样性导向的结构修饰发现的噻吩并嘧啶类HIV-1 NNRTIs,其抑制HIV-1 WT活性是ETR的2.8倍,抑制单突变毒株K103N、L100I和Y181C的活性与ETR相当;对于HIV-1单突变株E138K、Y188L以及双突变株F227 L+V106 A的抑制活性是ETR的5倍左右且具有极低的毒性(CC50/EC50159101),同时K-5a2在小鼠体内急性毒性低(LD502g·kg-1),是极具开发前景的药物候选分子。尽管如此,K-5a2 口服生物利用度不高(F:20.76%)、半衰期较短(T1/2 =3.60 h),药代动力学性质和成药性有着很大的提升空间。药物分子水溶性往往是影响其药代动力学性质的主要因素。其中,通过化学修饰方法特别是利用前药修饰策略改善药物水溶性备受药物化学家的青睐。为进一步改善K-5a2的药代动力学性质和成药性,在广泛文献调研的基础上,参考磺酰胺类药物的一般前药修饰方法,设计合成了 K-5a2磺酰胺丙酰基前药(HM-1),并对其进行了水溶性测试、抗HIV-1活性测试、小鼠急性毒性测试和大鼠药代动力学测试。结果表明:HM-1水溶性明显提高:在相同测试条件下,K-5a2溶解度《1μg·mL-1,HM-1 溶解度为 69.66 μg· mL-1 logP 为 1.22,与 K-5a2 相比,HM-1溶解度提高了 70倍以上;HM-1抑制HIV-1野生株EC50为7.99 nM,较K-5a2细胞活性(EC50=1.17μM)下降约7倍;细胞毒性CC50210μM。急性毒性测试(灌胃标准2g· kg-1)结果表明:服用HM-1小鼠一周时间内生理活动正常,体重平均增长1.7g。药代动力学实验数据表明:HM-1可在大鼠体内迅速转化为原药,口服生物利用度80.71%,是原药K-5a2(22.89%)的3.5倍,半衰期(T1/2)延长0.32 h。第二部分:靶向HIV-1 RT NNIBP和毗邻位点的DAPY类NNRTIs的设计、合成与活性评价根据HIV-1逆转录酶毗邻位点(“NNRTI Adjacentbinding site)特征及与非核苷类逆转录酶抑制剂结合口袋(NNRTIs binding pocket,NNIBP)的空间相对位置,结合本课题组前期对于DAPY类NNRTIs的探索,设计合成了一系列以ETR为先导,保留K-5a2的“S原子,同时在嘧啶环5位引入不同长度和不同末端取代基的新型双位点HIV-1 NNRTIs,以期其可以同时作用于NNIBP和毗邻位点,增