喹啉酰胺类HBV衣壳蛋白组装调节剂的结构优化与生物活性研究

The capsid plays a key role in HBV life cycle. The capsid assembly regulator is blocker of cccDNA and is expected to achieve functional cure of chronic hepatitis B (CHB). At present, there are only few types of capsid assembly modulators have been reported and some clinical candidates displayed obvious drawbacks. The mechanisim study showed that HAPs derivatives prevent the formation of intact capsid and the other series promote the formation of empty capsid (without pgRNA). Our previous work reveals that 2-aryl-quinoline amide derivative WZ-2-12 is a novel structural capsid assembly modulator, while its anti-HBV activity and physico-chemical properties need to be improved. This project will combine the classic drug design and molecular docking together to carry out the targeted optimization of WZ-2-12 to get 1-2 clinical candidate for CHB therapy.. Meanwhile, the molecular docking and virtual screening of compound libraries were performed to obtain novel skeletons of HBV capsid assembly modulator. In addition, we analysis the binding model of two series compounds and deduced the critical pocket for different mechanism, through structural modification of WZ-2-12, this study is expected to get several typical capsid assembly modulator with two different mechanisms. Accompanied with molecular docking and other related research methods, the relationship between molecular structure and capsid assembly mechanism will be disclosed.

HBV衣壳蛋白在HBV生命周期中具有关键作用。衣壳蛋白组装调节剂能阻断cccDNA,有望功能性治愈乙肝，但该类药物结构类型较少，部分临床分子存在缺陷。研究表明HAP类阻断完整衣壳形成，其他类型则促进空衣壳形成，但内在原因不明。课题组前期通过虚拟筛选，发现2-芳基喹啉酰胺衍生物WZ-2-12为全新结构衣壳蛋白组装调节剂，但是其活性和理化性质有待提升。本课题以其为先导物，将经典药物设计与分子对接相结合，开展WZ-2-12针对性结构优化，力争获得抗乙肝候选分子；同时优化原有虚拟筛选模型，进一步获得全新骨架的先导分子。另一方面，本研究通过对两类不同机制衣壳蛋白组装调节剂与蛋白结合方式的分析，推断出影响作用机制的关键结合区域，拟通过对WZ-2-12分子喹啉环的针对性优化，调整分子与该关键位点的作用方式，获得上述两种作用机制的典型分子，结合分子对接等研究手段，阐述分子结构与衣壳蛋白组装机制之间的联系。

HBV衣壳蛋白组装调节剂（CAM）能阻断cccDNA，有望功能性治愈乙肝，但药物结构类型较少，部分临床分子存在缺陷，本课题主要开展以下工作：.1）采用分子对接与经典药物设计相融合的策略，以前期发现的WZ-2-12为先导物，对酰胺、芳环、喹啉母核等开展系统的结构优化，共设计、合成2-芳基-4-喹啉酰胺类化合物62个，化合物II-38的IC50为0.46 μM，体外稳定性良好，但口服利用度低(F% = 6.37%)，作用机制表明其作用于HBV衣壳蛋白装配过程，能损耗HBV核蛋白;.2）构建基于结构的虚拟筛选模型，获得苯甲酰胺类小分子XS-5，并对芳环、磺酰胺等进行系统的优化，共设计、合成55个目标分子，总结构效关系，两个分子的EC50提升10倍以上，其中化合物C-13显示出良好的体外代谢特性；.3）以吡唑-噁唑烷-4-酮衍生物为先导分子，分别采用骨架跃迁、甲基效应等经典药物设计策略，设计、合成五个系列共73个2-吡唑-噁唑烷-4-酮衍生物，32个化合物显示出100nM以下的EC50值;.4）提出全新的ComABAN图结构分子描述模型，关注中心原子与邻居原子之间的相关性，构建键的邻接矩阵并引入注意力到键级层面，构造出超级键，实现图结构分子表征。进一步联合分子对接技术，构建基于人工智能的虚拟筛选平台，采用Chemdiv、Specs数据库，经类药五原则、ComABAN模型预测、药效团模型匹配、Glide SP对接、Glide XP对接、MM_GBSA自由能计算筛选等步骤，获得108个小分子，并采用K-means聚类分析、手工挑选等，发现多个全新骨架HBV capsid抑制剂分子，该方法显著的提升虚拟筛选的命中率，为AI新药设计提供新的思路;. 5）总结上述目标分子的构效关系，分别优选出8个高活性分子开展体内药代动力学和hERG毒性测试，发现3个分子有作为HBV CAM候选药物的潜力。