基于P2区改造的新型HIV-1蛋白酶抑制剂的设计、合成及活性研究

HIV-1 protease inhibitors are critical components of highly active antiretroviral therapy (HAART). However, the rapid emergence of drug-resistant HIV-1 strains is severely limiting long-term treatment options. Darunavir has been approved by the FDA in 2006, and it has been demonstrated that resistance to Darunavir is significantly delayed compared to other approved (protease inhibitors) PIs. After Darunavir, many other PIs proved it can improve antiviral activity, especially drug resistance, by reforcing the interactions between the P2 ligand of PIs and some critical protease residues of HIV-1 protease. Herein, a series of novel HIV-1 PIs incorporating tertiary amine structure in P2 ligand was designed based on the Substate Envelope Hypothesis. We thought some flexible and proven fragment on the P2 ligand could potentially lead to better flexibility and adaptability to protease mutations.In addition, 48 compounds were designed and synthesized, and six of them are comparable with saquinavir and darunaxir for comparison at 20 μM concentration.

HIV-1蛋白酶抑制剂是高效逆转录病毒治疗(HAART)中关键的药物组成之一，然而耐药性的日趋严重不断限制了临床用药的选择。自2006年Darunavir上市以来，诸多研究发现：增强配体P2区与S2蛋白结构域中一些关键蛋白残基之间的亲和力，可以获得广泛的抗耐药性。基于此，我们从"底物包膜"假说的抗耐药性基本策略出发，保留配体分子中P1、P1′和P2′区的优势结构片段，在P2区引入柔性叔胺结构，以其柔性特征适应突变株在S2蛋白域发生的微小改变，同时借助计算机辅助设计手段，最大限度的增强整个分子尤其P2区与蛋白酶之间的亲和力，完成此类特征HIV-1蛋白酶抑制剂的设计合成及其体外活性研究，期望发现具有良好抗耐药性的候选化合物。前期已设计合成48个目标物，发现其中6个在20μM浓度下对病毒抑制率达90%以上，与阳性对照Saquinavir和Darunaxir相当，为下一步设计优化奠定了一定的基础。

耐药性是当前抗HIV药物研发需要克服的严重障碍。作为目前蛋白酶抑制剂中生物利用度最高的Darunavir (DRV)，在用药过程中也出现了多药耐药株。因此，研发新型的HIV-1蛋白酶抑制剂迫在眉睫。根据蛋白酶抑制剂的三种设计策略：“底物包膜”假说、“最大限度增强药物和酶相互作用力”假说，以及引入非肽类结构片段等，本研究项目在保留配体分子中P1、P1′和P2′区优势结构片段的基础上，重点对P2区进行结构改造，引入柔性片段及杂环片段，一方面增强配体P2区与S2蛋白结构域中关键氨基酸残基之间的亲和力，另一方面期望使柔性片段适应突变株在S2蛋白域发生的微小改变，从而获得抗耐药性。在本项目研究中共合成目标化合物178个，大部分化合物显示出较显著的体外蛋白酶抑制活性。有33个化合物的IC50低于10 nM,且在10 μM浓度下病毒感染率达到90.0%以上。其中化合物ZM67的体外IC50达到3.4 pM,体内病毒抑制率为18.04%，在100 μM浓度下显示出较低的细胞毒性，优于阳性对照Darunavir，且对Darunavir耐药株cHIVNL4-3WT、HIVDRVRP20、HIVDRVRP30及HIVDRVRP51等的抗病毒活性分别提高了58倍、135倍、163倍和44倍。化合物ZM67作为苗头化合物，其进一步的结构优化及药代性质等研究工作仍在进行中。有望成为我国具有自主知识产权的新型蛋白酶抑制剂。