一种含噁唑烷酮结构片段的拟肽类HIV-1蛋白酶抑制剂的设计、合成及其活性研究

HIV-1 protease plays an essential role in the viral life cycle. It generates mature infectious virus particles through cleavage of the viral Gag and GagPol precursor proteins. So HIV-1 protease inhibitors can prevent the virus from further infection effectively. However, the ability of HIV to rapidly mutate and replicate has given rise to the development of drug resistance which is always a key scientific problem, alternatively, novel structures of HIV-1 protease inhibitors could be a good solution for drug resistance. Herein, a series of novel peptidomimetic HIV-1 protease inhibitors incorporating oxazolidinone fragment was designed based on the Substrate Envelope Hypothesis. In comparison, the central hydroxyl group of the protease inhibitors approved by FDA was to be a part of oxazolidinone by esterification. Moreover, the oxazolidinone fragment will be hydrolyzed as a novel peptidomimetic structure named hydrazineethanol by HIV protease according to the mechanism for proteolytic cleavage. The hydrazineethanol is beneficial to enhance the hydrogen bonds interactions with HIV protease and reduce drug resistance. Compound YB-004 showed high anti-HIV-1 activity with EC50 value of 2.88 μmol/L and SI value of ＞69. In conclusion, we hope we can do further studies on this new structure, and help contribute to find new drug resistant HIV-1 protease inhibitors for clinical use.

HIV-1蛋白酶为成熟病毒颗粒的正常组装提供必需的结构蛋白和功能蛋白，因此，HIV-1蛋白酶抑制剂可有效阻止病毒的进一步感染。然而耐药性一直是抗HIV药物面临的一个关键科学问题，设计出一类具有新骨架特征的HIV-1蛋白酶抑制剂不失为一种好的解决方案。在此，我们依据"底物包膜"假说的抗耐药分子设计策略，设计了一类具有噁唑烷酮结构特点的新拟肽类HIV-1蛋白酶抑制剂。与现有蛋白酶抑制剂相比，羟基不再裸露，而是将其变成噁唑烷酮的内酯部分，这样一来还能够利用而非规避HIV-1蛋白酶水解肽底物的机制，噁唑烷酮会被进一步水解成新的羟乙基肼拟肽结构，新产生的裸露羟基和仲氨则会进一步增强氢键作用，进而增强抗耐药性。前期工作已发现化合物YB-004 的EC50可达2.88 μmol/L，SI值大于69。因此，我们希望对该类小分子进行系统的研究，为发现新的耐药型抗HIV-1蛋白酶抑制剂提供新的思路。

HIV-1蛋白酶抑制剂是高效抗逆转录病毒治疗法（HAART）重要组成用药，随着HIV-1病毒的不断变异以及药物本身的副作用、生物利用度等问题，如何开发出抗耐药性、安全有效的HIV-1蛋白酶抑制剂日益成为抗艾滋病药物研发的热点。本研究以2006年批准上市的HIV-1蛋白酶抑制剂Darunavir为先导化合物，运用骨架跃迁的药物设计策略，分别尝试在P1区引入噁唑烷酮结构，在P2区引入柔性含氢键供体结构片段，共设计合成了具有全新结构的拟肽类目标化合物66个，并探讨了它们的构效关系。结果发现在P2区引入与柔性链相连的四氢呋喃环、2-吗啉-2-氧代乙基以及全乙酰化葡萄糖结构时，化合物普遍具有优异的HIV-1野生型蛋白酶抑制活性，并认为这些结构片段的柔性特点和所含氢键供体的特点是提升活性的关键。其中对野生型HIV-1 PR抑制活性IC50在1~5 nM范围的化合物有四个（IV-b、IV-f、IV-n和V-c），IC50在10~46 nM范围的化合物有四个（IV-a、IV-d、IV-h和IV-m），IC50在50~90 nM范围的化合物有五个（III-f、III-i、III-l，V-I和IV-b），接近阳性对照Darunavir水平（IC50=1.34 nM）。体外细胞毒性测定结果显示，其中IV-b、IV-f、IV-n的CC50分别为228.5 μmol、128.5 μmol和260.0 μmol，其中IV-n的细胞毒性甚至低于阳性对照Darunavir的244.7 μmol，并且它对野生型HIV-1 PR活性IC50却高达1.65±0.38 nM，与Darunavir的1.34纳摩尔几乎相当，非常值得进一步的研究。目前部分优选物对突变耐药HIV-1 PRs酶抑制活性以及抗病毒活性的研究仍在进行当中，我们期待能够在其中筛选出能够更进一步评价的候选化合物。