多位点结合型流感病毒神经氨酸酶抑制剂的设计、合成与活性评价

The recently discovered 150-cavity and 430-cavity adjacent to the enzymatic active site of influenza A neuraminidase (NA) have been considered as important starting points for the design of next-generation NA inhibitors. Close examination of the crystal structure of oseltamivir carboxylate and peramivir bound with NA revealed that the amino (guanidino) and carboxyl groups of oseltamivir carboxylate or peramivir are well exposed toward these newly discovered cavities and could serve as the potential modification sites in the design of specific inhibitors to improve the antiviral efficacy, drug resistance profiles and pharmacokinetic properties of the approved neuraminidase inhibitors. As a continuation of our efforts to discover and novel neuraminidase inhibitors (J Med Chem. 2014, 57, 8445), based on the above analysis and “Multiple-Ssites Binding” concept, in this project, our proposed strategy is to extend the structures of existing inhibitors by attaching additional groups of suitable shape, size, and hydrophobicity to fill the newly found cavity. Specifically, by introducing these diverse substituents to the scaffolds of oseltamivir carboxylate and peramivir, virtual molecular library was constructed. The hierarchical multiple-filter virtual database searching strategy is utilized to vitually srceen the designed molecule liberary by scoring their binding affinity, multiple drug-like profiles, and their ADMET properties. The top-ranking compounds will be selected to be synthesized and evaluated for their in vitro anti-influenza virus activities, neuraminidase-inhibitory activities and preliminary druggability evaluation, with the expectation of obtaining the next generation of “Multiple-Sites Binding”-typed influenza virus inhibitors with improved resistance profiles and favorable druggability.

本研究为克服上市药物奥司他韦和帕拉米韦易产生耐药性、口服生物利用度低等诸多缺点，在前期流感病毒抑制剂的研究基础上（J Med Chem. 2014, 57, 8445），以NA活性中心邻近区域新发现的150-腔和430-腔为新结合位点，运用“多位点结合”策略，对奥司他韦和帕拉米韦进行优化改造。通过在两个先导化合物的氨基和羧基上引入额外基团，使改造后的侧链可以伸入空腔中，并与其中的关键氨基酸残基形成“附加”作用力，以达到与 NA活性中心、150-腔和430-腔形成“多位点结合”的目的，从而提高其抑制活性和抗耐药性并改善药代动力学性质。由此，我们设计了三类“多位点结合”型奥司他韦类和帕拉米韦类衍生物，并对此类衍生物进行体内外抗流感病毒活性测试和初步的类药性评价，以期发现高效、抗耐药性和药代动力学性质良好的具有临床应用前景的新型神经氨酸酶抑制剂，为开发具有自主知识产权的抗流感药物奠定基础。

流行性感冒（流感）是由流感病毒引起的急性呼吸道传染病，具有传染性强、易暴发流行的特点，每年在全球范围可导致约50万人死亡，严重威胁人类健康和生命。神经氨酸酶抑制剂（NAI）是目前防治流感的一线药物，其中唯一可以口服的奥司他韦更是临床治疗的首选药物。但是流感病毒固有的高变异性致使对奥司他韦高度耐药的毒株（如N1-H274Y）在世界范围内频现，严重削弱了该药物的防治作用。因此，研发新型、高效和抗耐药的NAI一直是抗流感药物研发领域的热点。本研究以神经氨酸酶（NA）活性中心邻近区域新发现的150-腔和430-腔为药物设计靶标，运用“多位点结合”策略，选取奥司他韦活性形式（OSC）作为先导化合物进行合理药物设计。通过对NA/NAI共晶结构的解析，我们分别在OSC的氨基和羧基上引入额外基团使改造后的侧链可以伸入150-腔或/和430-腔中，并与其中的关键氨基酸残基形成“附加”作用力，以达到小分子与NA活性中心、150-腔和430-腔形成“多位点结合”的目的，从而提高化合物的抗病毒活性和抗耐药性。基于此我们设计合成了3大类、20个系列、共计375多个新型奥司他韦衍生物，并对它们进行了抗流感活性评价。活性测试结果显示近20个化合物在酶水平或细胞水平的抗流感病毒活性超越了先导化合物OSC；其中3个化合物I-3b、II-15h、23d的活性最为突出，不仅对多种流行的野生流感病毒株具有极强的抑制活性，对奥司他韦耐药的H274Y毒株也具有明显优于OSC的抑制活性；同时，这三个化合物还展现出良好的成药性可被视为候选药物，目前已进入临床前研究阶段，为该类抗流感药物的研发奠定基础。此外，我们还通过药物再利用策略发现了1个川芎嗪衍生物A9，具有与上市药物接近的抗流感病毒活性，且作用机制新颖，可作为先导化合物供进一步研究。综上，依托该项目的研究共发表SCI论文13篇，其中4篇发表在药物化学专业顶级期刊J MED CHEM上，申请国家发明际专利4项，授权国家发明专利2项；培养博士研究生4名，硕士研究生6名。