基于gp41结构的HIV-1融合抑制剂的设计、合成与筛选

摘要

自首例艾滋病(AIDS)于1981年6月被美国疾病控制中心(CDC)确认以来，AIDS一直严重威胁着人类的健康和生存。我国自1985年发现首例AIDS以来，HIV感染人数不断上升，截止于2002年，我国AIDS患者己达到了100万人，如果不加以有效控制，到2010年患者人数将增加到1000万人。由于我国医疗保障基础相对薄弱，一旦对AIDS处理不当，就可能造成严重的危害，因此AIDS的预防和治疗是目前我国面临的一项重大问题。AIDS防治药物的研究一直是AIDS研究的重点内容，其中对HIV融合抑制剂的研究是目前研究的热点。 HIV-1融合蛋白gp41是HIV-1病毒表面融合蛋白的重要组成部分，在HIV-1与宿主细胞的融合过程中起着关键的作用。gp4l结构中包含六条α-螺旋，在HIV-1与宿主细胞融合时α-螺旋发生折叠，构象改变生成发夹状结构，这种构象改变使病毒的膜与细胞膜靠近到适当位置以便于融合的进行。最新的研究结果表明，如果能够有效地抑制HIV-1融合蛋白gp41发夹结构的生成，就可以阻止HIV-1对细胞膜的融合，因此可以基于gp41发夹结构形成位点开展HIV-1融合蛋白抑制剂的研究，通过发展阻断发夹结构形成的抑制剂实现对HIV-1膜融合的抑制，最终实现对AIDS的有效治疗。在这方面国外已有了成功的范例：化合物T-20(商品名：Fuzeon)是gp41 CHR的127～162氨基酸序列，能够有效地抑制HIV-1融合蛋白gp41发夹结构的生成，临床治疗效果显著，已于2003年在美国获准上市，这一成果充分证明发展基于抑制gp41发夹结构的AIDS防治药物是一个十分有效的途径。但由于T-20及其他正在研究的活性分子(主要是多肽及类肽)不能口服、生物利用度低、治疗成本高等不足限制了其在临床上的广泛应用，因此研制开发有机小分子类型的gp41发夹结构形成抑制剂就成为最佳的选择。 本课题基于gp41发夹结构形成位点的结构分析，参考大量相关文献、专利，采用HRSV F1蛋白抑制剂VP-14637结构中相似的含有强疏水性的多芳香环为母核，HIV-1CXCR4抑制剂AMD3100中相似的含多氢键给体的杂环为侧链，构建了gp41穿入抑制剂虚拟化合物库，采用分子对接的方法(DOCK4.0)对虚拟库中的小分子进行了虚拟筛选，在此基础上经过分析确定了拟合成的目标化合物。合成了35个全新结构的目标化合物、CXCR4抑制剂AMD3100和HRSV F1蛋白抑制剂VP-14637，其结构经MS、1H-NMR、元素分析确证。对目标化合物中的重要结构片段环状多聚胺类大环的合成进行了详细的研究，最后确定了用对甲苯磺酰基和三氟乙酰基作为保护基的合成路线，对该路线的反应温度、投料比、成盐条件、后处理等都进行了详细考查，最终确定了最佳反应条件。同时对三芳基甲烷疏水结构片段合成也进行了研究，设计了合理的路线并在合成中优化了反应路线。 采用HIV-1实验室适应株和MT-2细胞(传代人T淋巴细胞)，通过细胞水平的体外药效学实验，评价了所合成的化合物的抗HIV-1活性，并采用MTT。法对活性化合物进行了毒性评价。结果表明，在筛选的32个目标化合物中，有5个化合物的SI在4～8.99之间，有9个化合物的SI在10～98.99之间，有6个化合物的SI在100～998.99之间，有5个化合物的SI大于1000。其中SI大于10的化合物共有20个，说明这些化合物都具有比较好的抗HIV-1活性。数据显示14N系列化合物活性的体外抗HIV-1活性最好，而12N、Pr16N和Ph16N系列的化合物体外抗HIV-1活性稍差。其中0L1、4M0L1、4FL1、4Br0L1、2N0L1等5个化合物的SI都大于1000，表明这些化合物有进一步研究的价值。根据生物活性评价结果，对构效关系进行了初步分析和总结。

目录

声明

摘要

第一章前言

1.1艾滋病的流行病学

1.2艾滋病毒的结构特征和感染机制

1.3目前抗艾滋病的临床药物

1.4 HIV-1 gp41核心结构及其与靶细胞的融合

1.5作用于HIV-1 gp41的融合抑制剂的研究进展

第二章基于gp41结构的HIV-1融合抑制剂的设计

2.1设计思路

2.2 HRSV F1蛋白和HIV-1 gp41的结构比较和活性口袋差异分析

2.3 HIV-1 gp41发夹状结构形成位点抑制剂虚拟库的设计及构建

2.4基于静态gp41发夹结构形成位点的虚拟筛选

2.5目标化合物的确定

第三章目标化合物的合成

3.1 AMD3100的合成

3.2 VP-14637的合成

3.3三芳基甲烷疏水片段A的合成

3.4 14N类目标化合物的合成

3.5 12N类目标化合物的合成

3.6 9N类目标化合物的合成

3.7 Ph16N和Pr16N类化合物的合成

3.8实验部分

第四章目标化合物的生物活性评价

4.1化合物的抗HIV-1活性评价

4.2化合物的细胞毒性实验

4.3结果与讨论

总结

第五章目标化合物的构效关系研究

5.1疏水片段A上取代基对活性的影响

5.2连接位点B对活性的影响

5.3环状多聚胺类片段C对活性的影响

总结

结论

致谢

参考文献

附图(一)

附图(二)

博士学位学习期间发表的文章和申请的专利

发表论文1

发表论文2