杂环并吡啶酮类HIV-1整合酶抑制剂的设计、合成及构效关系研究

HIV-1 integrase is indispensabbe for HIV-1 replication and has become a validated target for developing anti-AIDS agents.In our previous works,polyphenol compounds were identified as integrase inhibitors,but some of them showed weak antiviral activity.In order to develop effective integrase inhibitors, substituted hetero-pyridinones were designed as high selectivity for the strand transfer reaction.The compounds have a polar coplanar moiety,which ia assumed to chelate two magnesium ions in binding site.The project will focus on three key scientific issues that are design and synthesis of lead compounds, improvement on assay methods and quantitative structure-activity relationship(QSAR).The first, we will develop a new synthetic route to the hetero-pyridnone derivatives and illustrate impacts on electron dispensation on the heterocycle skeleton for various hetero-atom. The second, assessing the compounds anti-HIV activity based on biochemical and cellular assay and exploring the mechanism that lead compounds inhibit integrase, especially integrase mutations. Finally, CoMFA and CoMSIA,were applied to these compounds to gain insights into the key structural factors affecting the bioactivity of these compounds. To construct more reasonable 3D-SAR models,we will adopt two different conformer-based alignment methods and discuss the relationship the chemical suitability and field-fit between small molecule and integrase protein. This information is very useful for further structural modification. The project will benefit to the rational design of specific integrase inhibitors.

HIV-1整合酶在病毒复制过程中发挥重要作用，是设计艾滋病治疗药物的理想靶标。本项目在前期工作基础上提出新型杂环并吡啶酮衍生物作为整合酶抑制剂，探索该类化合物的合成方法，通过研究环上杂原子以及取代基的改变对活性的影响，阐明化合物结构与活性之间的相互关系，发展快速准确的预测整合酶抑制剂结构模型。主要包括：设计合成杂环并吡啶酮类化合物；通过用分子对接方法、分子动力学模拟和结合自由能计算等方法，对整合酶与抑制剂可能结合靶位和结合模式进行预测；针对抗性病毒株整合酶突变特点，设计并合成对抗性病毒株有效果的化合物；完善分子水平和细胞水平活性测定方法，利用QSAR方法研究给体-受体相互作用方式，探索小分子配体与受体间的化学适配性，提出抑制剂结构优化的方向。该项目不仅为作用机理提供理论依据，而且为基于受体结构的HIV-1整合酶抑制剂设计提供实验依据。

艾滋病是一种严重威胁对人类健康的重大传染病。由于HIV病毒的迅速变异能力，导致耐药性病毒株以及药物的毒副作用使得寻找新的治疗药物成为该研究领域亟待解决的问题。HIV的pol基因编码病毒复制过程发挥重要作用的整合酶是一个32kd的蛋白，催化病毒DNA整合到宿主DNA上，由于人体不存在这样功能或者与其同源性较高的酶，因而HIV整合酶是一个理想的抗 HIV 药物设计靶标。 本研究通过药效团研究和生物电子等排原理，设计并合成三种HIV-1整合酶抑制剂，且分别在分子水平和细胞水平对所设计合成的化合物进行活性测定。研究这些化合物与HIV整合酶相互作用的模式以及抑制活性之间的关系，并分析得到了这些化合物活性差异的原因。主要研究内容及成果包括以下几个方面：(1) 设计并合成出咪唑并吡啶类和噻唑并吡啶类化合物, 并通过在C-12位引入各种疏水芳香基团来探讨活性与结构之间的关系，用分子对接程序对这两类化合物中的代表物进行了结合模式、对接能量和抑制活性的分析和预测。(2) 设计并合成N-羟基-二氢萘胺酮衍生物，测定了所合成化合物对HIV-1整合酶的3'端加工抑制活性、链转移抑制活性和细胞水平上的抗HIV增殖的活性，并在该母核的C-2位上引入各种疏水性芳基以探讨活性与结构之间的关系，借助分子对接的方法，对代表化合物进行结合模式分析和对接能量预测，并通过理论计算的结果对这类化合物进行了构效关系的分析。(3用重叠PCR的方法将E92A、E92Q、N155S、E92A/N155S、E92Q/N155S五种突变分别引入野生型HIV-1整合酶基因，连接表达载体pET-28a(+)。将构建的质粒进行表达纯化，得到整合酶蛋白。用基于纳米磁珠的整合酶链转移活性酶联免疫吸附试验方法对所得的几种整合酶蛋白进行链转移活性测试，对比野生型和各突变型整合酶的活性可发现，N155S突变会导致整合酶链转移活性大幅降低，E92A突变可使N155S突变丧失的活性得到回复。（4）采用多构象对接及分子动力学模拟方法，研究了野生型整合酶及其两种突变体W132G、C130S与杂环并吡啶酮类HIV-1整合酶抑制剂10c 的结合模式及相互作用。