基于靶标结构的新型HIV-1整合酶抑制剂与RNase H抑制剂的设计、合成及活性评价

作     者：程锡强 

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：2019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：HIV-1 整合酶 RNase H 抑制剂 优势结构 

摘      要：艾滋病严重威胁着人类的健康与生命,主要病原体为HIV-1。目前已有30个抗HIV-1化学实体药物获***批准上市,高效抗逆转录病毒疗法(HAART)的应用大大降低艾滋病的发病率和死亡率,然而该疗法的长期应用对病人造成了严重毒副作用及耐药性问题。因此,亟需开发高效、低毒、抗耐药或具有新靶点、新机制的新型抗HIV-1药物。HIV-1整合酶(Integrase,IN)是HIV-1生命周期中的必需酶,催化逆转录得到的病毒DNA整合进入宿主细胞DNA中。目前有四种HIV-1整合酶抑制剂经***批准上市,然而由于耐药株的相继出现,该类药物的疗效显著降低,研发新型高效且抗耐药整合酶抑制剂成为目前抗HIV-1药物研究的热点。HIV-1 RNase H在HIV-1逆转录过程中发挥重要作用,是抗HIV-1药物设计中非常有前景的新靶标。尽管发现了多种RNase H活性位点抑制剂,但其大多数存在抗病毒活性差、细胞毒性大等缺点,目前尚无该类抑制剂进入临床应用,因此迫切需要开发高特异性、具有细胞活性的新型HIV-1 RNase H抑制剂。HIV-1整合酶与RNase H作为金属蛋白(Metalloprotein),催化位点高度保守,是目前抗HIV-1药物研究领域中十分热门的两个靶标。然而,分子模拟研究的局限性等问题给基于金属蛋白结构进行合理药物设计带来了很大的挑战。基于优势结构的药物设计策略已成为药物发现的有效方法。鉴此,本论文基于靶标结构,并结合优势骨架进行了新型HIV-1整合酶抑制剂与RNase H抑制剂的探索。新型8-羟基-1,6-二氮杂萘类HIV-1整合酶抑制剂的设计、合成与活性评价。链转移抑制剂(INSTIs)金属螯合基序的对位有较大的可容纳空间,在该位置引入大基团占据该口袋可能会与整合酶产生额外的结合力,从而提高整合酶抑制活性,增加抗耐药性。8-羟基-1,6-二氮杂萘是INSTIs优势骨架,早期该类骨架的取代基修饰位点大多集中于金属螯合基序的“侧位,而龙亚秋课题组发现的新型INSTIs 60证明了在金属螯合基序对位进行大体积基团修饰的可行性。本课题组发现的吡啶并嘧啶酮类高效INSTIs也有力验证了该设计思路的合理性。受此启发,本论文选取8-羟基-1,6-二氮杂萘为母环,在其螯合基序对位引入多样性的芳香性疏水结构,设计合成了一系列共20个新型的8-羟基-1,6-萘啶衍生物。酶活测试结果显示,四个目标化合物(1-4、1-6、1-7和1-20)表现出了较好的整合酶抑制活性,化合物I-6抑制活性最佳(IC50=1.46±0.13 μM),接近于RAL(IC50=0.77±0.33μM)。此外,所有化合物均无RNase H抑制活性(IC5050 μ]M),因此属于选择性整合酶抑制剂。细胞活测试结果表明,两个目标化合物(1-11和1-18)表现微弱的抗HIV-1活性。细胞渗透性测试表明,该类化合物透膜性差,可能是影响其发挥抗HIV-1活性的重要因素之一。分子动力学模拟发现,该类化合物与整合酶Y212和Q186的强结合作用对其能高效选择性抑制HIV-1整合酶至关重要。总之,该系列化合物探索了金属螯合基序对位的可容纳区,丰富了整合酶抑制剂的构效关系,为发现新型高效的HIV-1整合酶抑制剂奠定了基础。新型吡啶并嘧啶酮类HIV-1 RNase H抑制剂的设计、合成与活性评价。RNase H配体结构口袋有尚未开发的结合位点,选取具有金属离子螯合能力的优势骨架,开展系统性的侧链修饰,以充分占据蛋白溶剂界面的关键氨基酸残基,是发现新型高效HIV-1 RNase H抑制剂的有效途径。王正强教授课题组选取早期发现的HIV-1 RNase H抑制剂为先导化合物,采用基团添加策略,发现了新型高效的“双翅膀型RNase H抑制剂。受此启发,我们选取了本课题组早期发现的具有细胞活性的吡啶并嘧啶酮类HIV-1整合酶抑制剂(30)为先导化合物,在其母环的C4、C6位引入RNase H抑制剂的优势疏水侧链,以期提高其与RNase H结合力,降低化合物的极性,提高其膜通透性,设计合成了一系列共14个新型的吡啶并嘧啶酮衍生物。RNase H抑制测试结果显示,七个目标化合物的抑制活性超过阳性对照β-thujaplicinol(IC50=1.98±0.22μμM),化合物II-9抑制活性最佳,达到0.54±0.27μM。分子模拟发现,该类化合物的左翼与RNase H S499、Y501形成了双重氢键作用,而右翼与N474形成了强疏水相互作用,可能是其能高效抑制HIV-1 RNase H的关键。总之,该系列化合物为后续RNase H抑制剂的优化提供了参考。此外,目前整合酶活性抑制测试和体外抗HIV活性测试还在进行中。