新型非核苷类HIV-1逆转录酶抑制剂DABOs类衍生物的设计、合成与生物活性研究

The reverse transcriptase (RT), being the pivot in the replication cycle of human immunodecificiency virus (HIV), remains one of the most-attractive targets for the development of new anti-retroviral drugs. Our previous work has identified a series of 2-(4-alkylformylarylcarbonlymethylthio)pyrimidin-4(3H)-ones possess obvious anti-HIV-1 activity against both wild-type virus and mutant strains, which could be served as the lead compounds of this application for further development. Based on the molecular modeling and the binding mechanism of the leading compound with HIV-1 RT, we will apply systematic structural modification on the lead compounds and construct a focused virtual combinatory library, which will be rationally screened in-silico using docking and molecular dynamics simulation methods. In this application, we intend to synthesize the target compounds and evaluated their anti-HIV activities, cytotoxicities and drug-resistances in vitro, as well as discuss the structure-activity relationships of the active compounds with the aim to developing new anti-HIV drug candidates with Chinese domestic intellectual property.

HIV-1 RT在HIV病毒复制过程中起着关键作用，是抗艾滋病药物设计的最佳靶点之一。在前期工作中，我们设计了系列嘧啶类衍生物，从中筛选出了活性高、毒性小并具有一定抗耐药性的2-(4-烃基甲酰氧基苯基羰基甲基硫基)嘧啶酮类化合物。本课题采用分子模拟推测了先导化合物与HIV-1 RT之间的作用机理，并以此为理论指导，通过加强氢键作用、改变空间位阻、改变电性参数和调整疏水性参数等方法增强小分子抑制剂和HIV-1 RT之间的相互作用，设计和构建聚焦型嘧啶类虚拟化合物库。随后通过分子对接和分子动力学模拟进行虚拟筛选确定目标分子结构，并进行化学合成、体外抗HIV活性研究和构效关系探讨，最终寻找到抗耐药性好、毒性小、选择性高的抗HIV-1候选药物。为研发创制我国具有自主知识产权的新型HIV-1抑制剂奠定坚实的基础。

本项目以2-(4-烃基甲酰氧基苯基羰基甲基硫基)嘧啶酮类HIV-1非核苷类逆转录酶抑制剂为先导，首先通过分子模拟模建了先导物和RT酶复合物结构，推测了先导物和RT酶的作用机理，随后采用骨架跃迁、分子杂合、生物电子等排等药物分子设计策略，构建了聚焦型HIV-1抑制剂虚拟化合物库，进而采用分子对接、QSAR、MM/GBSA及LIE等方法对化合物库进行了虚拟筛选评价，优先定向合成了KMA、KMB、KMC、KMD及KME五系列174个目标新化合物，并经1H NMR、13C NMR、MS及IR确证了结构。. 体外细胞水平抗HIV及HCMV活性评价表明：1) 目标化合物为典型非核苷类HIV-1 RT抑制剂(NNRTIs)。其中，KMA系列化合物具有显著的抗HIV-1活性，有27个化合物能在纳摩尔浓度范围内抑制HIV-1在细胞中的复制。此外，KMA系列有16个化合物具有明显的抗耐药性(K103N/Y181C双变异)，部分化合物的抗耐药性优于第二代抗HIV-1逆转录酶药物依非韦伦(Efavirenz)。2) KMC系列化合物为一类结构新颖的NNRTIs，其中化合物KMC18、KMC21和KMC34的抗HIV-1活性优于上市药物去羟肌苷(DDI)，可作为新的先导化合物用于抗HIV药物的研发。3) KMD系列目标分子基本无抗HIV-1病毒活性，但具有显著的抗HCMV活性。其中，KMD04、KMD08、KMD09、KMD21及KMD25的活性均高于上市药物更昔洛韦(Ganciclovir)，可应用于制备治疗和预防病毒性感染药物特别是HCMV病毒感染药物，也可作为新型抗HCMV先导化合物作进一步研究与开发。. 此外，本项目通过分子对接、分子动力学模拟及量子化学计算，分析了HIV-1抑制剂与RT酶的作用机制，采用分子全息(HQSAR)、比较分子力场分析(CoMFA)、比较分子相似性指数分析(CoMSIA)、分子力学-广义波恩溶剂可及表面(MM/GBSA)及线性相互作用能(LIE)等方法进行了定量构效关系研究，建立具有较好预测能力的QSAR模型，为进一步合理设计和优化HIV-1逆转录酶抑制剂奠定了理论基础。