新型杂环类乙肝病毒抑制剂的设计、合成及其活性研究

发布时间：2018-03-07 05:01

本文选题：乙肝病毒　切入点：抑制剂　出处：《山东大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：乙肝是由乙型肝炎病毒(HBV)所致的重大传染性疾病,长期发展可导致急慢性病毒性肝炎、肝硬化(livercirrhosis,LC)、肝代谢失常和肝癌(hepatocellular carcinoma,HCC)等疾病。据世界卫生组织(WHO)报道,全球大约有2.4亿人为慢性HBV感染者,每年约有68.6万人死于HBV感染所致的急、慢性肝炎及相关并发症。我国约有9000万HBV携带者,平均每年约28万人因感染乙肝病毒而死亡,严重影响我国人民身体健康和社会发展,研究有效防治HBV的药物已成为我国药物研发的当务之急。HBV属嗜肝DNA病毒科(hepadnaviridae),基因组为部分双链环状DNA,其复制过程主要包括:靶细胞的吸附、融合、脱壳、DNA的修补、转录、翻译、逆转录和DNA的复制、病毒颗粒的组装和出芽等过程。基于对HBV生命周期的认识和分子生物学的研究,目前用于预防和治疗慢性乙型肝炎(CHB)的药物主要有疫苗、干扰素、免疫调节药以及DNA聚合酶抑制剂。其中HBV疫苗只能预防而不能治疗HBV的感染;α干扰素(IFN-α)虽然具有免疫调节和抗病毒的双重作用,但其只对30%～40%的患者有效,且不良反应多,限制了它的临床应用;α1-胸腺肽(thymosin-α1,Tα1)等免疫调节药可以提高人体对HBV的特异性免疫,但是缺乏针对性,一般作为辅助用药或与其他HBV药物联合治疗;靶向于HBVDNA聚合酶的核苷(酸)类抑制剂,因其对HBV显著的抑制作用以及临床上良好的耐受性而被广泛应用。然而,由于HBV基因组的遗传异质性,病毒极易对该类药物产生耐药性,且不能够根治。因此,研究开发高效、低毒和抗耐药的新型HBV抑制剂依然是当前抗乙肝药物研发的热点。核心蛋白是HBV核壳体组成的主要结构蛋白,在病毒进化过程中相对保守,并且核心蛋白的组装在乙肝病毒生命周期中发挥着重要的作用。本论文第二章以核衣壳蛋白装配抑制剂AT-130及临床药物异噻氟啶(NZ-4)为先导化合物,基于骨架跃迁、电子等排和药效团杂合的原理设计合成了吡唑类、噻唑类、吡嗪类、嘧啶类和吡啶类共8个小系列的杂环化合物。其中,Series Ⅰ系列将噻唑环通过电子等排替换为吡唑环,同时在1位选择优势基团噻唑环,重点探讨了 4位取代基对抗病毒活性的影响;SeriesⅡ系列将噻唑环通过电子等排替换为吡唑环,同时探讨1位取代对抗病毒活性的影响,另外,讨论将1位噻唑环替换为3-氟苯环后对活性的影响;Series Ⅲ系列将噻唑环通过电子等排替换为吡唑环,并重点探讨3位取代基对抗病毒活性的影响;Series ⅣV系列依然采用并二噻唑优势骨架,对4位进行修饰,以期得到高效低毒的先导化合物;Series V-VⅦ系列将噻唑环分别换成吡嗪、嘧啶和吡啶等六元环,增加结构的多样性,同时初步探讨六元环骨架对活性的影响,为进一步优化奠定基础;SeriesⅧ系列仍然采用噻唑环,但是取代基的位置发生了变化,对2位和5位取代基进行了多样性修饰,探讨将氢键受体N和S置换后对活性的影响。体外细胞活性筛选结果显示,噻唑环骨架优于吡唑类,优于嘧啶、吡嗪和吡啶骨架;化合物ⅣV-8c表现了最好的抑制HBVDNA复制活性,其IC50为2.2±1.1 μM,优于先导化合物ⅣV-8a(NZ-4, 2.3±0.5μM);化合物Ⅰ-8g抑制HBVDNA复制活性的IC50为3.8±0.3μM,与先导化合物活性相当,但是其抑制HBVDNA复制的选择性系数大于26.3,优于先导化合物的选择性系数(SI=25.7),可以作为先导化合物进一步修饰。表面等离子共振实验验证了该类化合物的作用靶点为HBV核心蛋白,且化合物Ⅰ-8g和ⅢV-8c与核心蛋白的亲和力常数分别为60.8μ 和60.0 μM,与先导化合物NZ-4 (KD=50.6μM)相当,其结果与细胞活性基本一致,可以作为先导化合物供进一步研究。本论文第三章基于文献报道的二氢嘧啶类HBV抑制剂的构效关系、CoMFA和CoMSIA的等势图以及核心蛋白与配体的晶体复合物结构,设计合成了一类新颖的二氢嘧啶-三氮唑化合物。其中,将吗啉环替换为三氮唑基团提高其代谢稳定性;通过连接一些亲水基团与周围氨基酸残基Ser121形成氢键,较大的疏水基团可与氨基酸残基Pro138形成疏水作用力,增强其抗病毒活性;R基团为2-氨基苯目标化合物与先导化合物GLS4能够较好的叠合;2'-氟-4'-溴取代的苯环位于 Pro25、Asp29、Leu30、Thr33、Trp102、Ile105 和 Ser106 残基形成的疏水口袋,溴原子朝向蛋白且伸入疏水口袋内,氟原子与相邻蛋白的VaI124残基作用;噻唑基团位于Trp102、Phe23、Phe122和Tyr118残基形成的疏水口袋,氮原子与Leu140通过水桥形成氢键作用;酯基位于氨基酸残基Thr109、Phe110、Thr33和Leu37形成的腔穴顶端。活性结果表明,微小的取代基的改变可能会造成活性的显著变化,甚至消失;R基团中,邻位为极性基团有利于抑制HBVDNA复制活性;但是,R基团指向溶剂开口区,取代基的大小对活性影响很大,较大体积的酰胺和磺酰胺取代基导致活性的丧失。筛选的多个化合物都具有较好的抗病毒活性,其中,化合物X-5a的细胞毒性比先导化合物小,且其抑制HBVDNA复制的活性(IC50为0.35±0.04μM)优于上市药物拉米夫定(0.54±0.18μM);另外,其抑制HBVDNA复制的选择性系数(SI)优于或相当于先导化合物GLS4和上市药物拉米夫定,可以作为先导化合物进一步修饰。本论文第四章以噻唑尼特和天然产物修饰得到的高活性2-吡啶酮类衍生物为先导化合物,基于药效团模型,通过电子等排和分子杂合原理设计合成了一系列新颖的3-芳基-5-酰胺取代2-吡啶酮类化合物,以期提高其水溶性和抗病毒活性。其中,2-吡啶酮骨架中引入NH基团提高其亲水性;同时,将右翼的C-C键替换C-N键,在左翼引入酰胺基团提高其抗病毒活性及其水溶性。细胞水平的抗病毒活性结果显示,多个化合物表现了较好的抑制HBVDNA复制活性,其中化合物XⅫ-5u表现了最好的抑制HBVDNA复制活性,其IC50为4.5±2.3μM,与先导化合物XⅪ-6活性相当,稍弱于上市药物拉米夫定,且具有一定的抑制HBeAg分泌活性(IC50= 9.8 ±2.8 μM)。另外,通过HPLC方法测定了化合物XⅫ-5u的水溶性,在纯水和pH=7.4的PBS缓冲液中溶解度分别为13.26μg/mL和28.68μg/mL,提高了一定的水溶性,验证了实验设计思想,可作为先导化合物进一步修饰。本论文第五章通过对核苷(酸)类似物与HBV逆转录酶作用机制、构效关系以及抗耐药性策略的充分理解和认识,以上市药物替比夫定为先导,构建以新型苯并噻二嗪为碱基核苷酸类的HBV逆转录酶抑制剂。其中,碱基部分采用苯并噻二嗪杂环,由于碱基的羰基被具有更强吸电子能力的砜基取代,可增强其邻位NH在氢键形成中的供氢能力,同时本身作为氢键受体,可增强抑制剂与天然碱基之间氢键的结合能力,提高其在病毒DNA合成中的掺入率;核糖部分采用临床药物中活性较好的优势开环核糖,以提高其抗耐药性并降低药物毒副作用;同时对核糖部分以各种磷酸酯修饰,提高其抗病毒活性,并改善其药动学性质,提高生物利用度。细胞水平的抗病毒活性结果显示,在50 μ浓度下,化合物ⅩⅣ-5、ⅩⅣ-7a和ⅩⅣ-7c表现了一定的抑制HBVDNA复制活性,其抑制率分别为68.3%、64.1%和57.6%,弱低于上市药物拉米夫定(88.9%)。创新性总结:本论文基于骨架跃迁、电子等排、药效团杂合、前药和靶点结构的合理药物设计等原理设计合成了吡唑类、噻唑类、吡嗉类、嘧啶类、吡啶类、吡啶酮类、苯并唾二嗪类和二氢嘧啶类等共8类HBV抑制剂,其中,吡唑环、吡嗪环、嘧啶环、吡啶环和苯并噻二嗪环为全新骨架HBV抑制剂。基于目标化合物的结构,通过文献调研和逆向合成分析设计了合理可行的合成路线,共设计合成了 14条合成路线,50个中间体和112个目标化合物,其中,超过130个化合物未见文献报道。对所合成的108个目标化合物进行了活性研究。通过CCK-8法测定了化合物的细胞毒性,通过PCR法测定了化合物抑制HBVDNA复制活性,通过酶联免疫法测定了目标化合物对HBsAg和HBeAg抗原的分泌抑制活性,通过表面等离子共振实验测定了目标化合物与核心蛋白的亲和力。其中,化合物Ⅳ-8c表现了较好的抑制HBVDNA复制活性,其IC50为2.2±1.1μM,优于先导化合物Ⅳ-8a (NZ-4, 2.3±0.5μM);化合物X-5a的细胞毒性比先导化合物小,且其抑制HBVDNA复制的活性(IC50为0.35±0.04 μM)优于上市药物拉米夫定(0.54±0.18 μM);化合物 Ⅻ-5u 抑制 HBV DNA 复制的 IC50 为 4.5±2.3 μM,与先导化合物活性相当,且水溶性有一定的提高,为抗HBV药物研发提供了有价值的信息。
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【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R914;R96

【参考文献】