DCK類抗HIV化合物的擴展研究.pdf

1、Suksdorfin(1)是美國北卡大學藥學院K.H.Lee課題組從植物LomatiumSuksdorfii的果實中分離而得的雙氧雜三環(huán)稠雜環(huán)化合物,具有明顯抗HIV活性。Lee小組以此化合物為先導,進行了一系列的結構修飾和生物活性觀察,先后獲得DCK(2)和4-甲基-DCK(11)等化合物,其極低的EC50值和極高的TI值引起了極為廣泛的關注。
　　 最近的藥理作用機理研究表明[17],HIV-1逆轉錄酶可能是DCK類化合物的

2、作用靶點,DCK類化合物不明顯抑制依賴RNA的DNA合成,而對依賴DNA的DNA聚合酶的活性具有強的抑制作用,這一獨特的作用位點使得DCK類化合物極具成為臨床用藥的潛力。因此,對DCK類化合物進一步的化學修飾和結構改造研究,進而揭示其結構與活性之間的關系,一方面可以為尋求活性更好的先導化合物提供信息和線索,同時還可通過化合物的活性及化合物上各基團的特性,探測與之相結合的作用靶點生物大分子的模型和結構狀況,對研究這類化合物的分子藥理作用機

3、制具有重要的學術意義。
　　 近年來,本課題組相繼完成了用N,N-,O,N-,N,O-,O,S-及S,O-分別代替DCK類化合物中A環(huán)或C環(huán)原有的氧原子而形成的三環(huán)稠雜環(huán)衍生物的合成及生物活性測試,其中7-thio-DCK(21a)、1-thio-DCK(22b)、和4-甲基-DCK的內酰胺類似物(17a)(N,O-雜)均顯示出優(yōu)異的抗HIV活性。
　　 課題組進行了8-位不同烴基取代的三環(huán)稠雜環(huán)化合物(23)的合成及生

4、物活性研究。合成了四個8,8-二取代-4-甲基-DCK類似物(23a-d),結果表明8-甲基-8-乙基-4-甲基-DCK(23b)的活性比其它三個化合物(23a,23c,23d)的活性強,但遠遠不及4-甲基-DCK的活性。這一結果進一步說明8-位取代基對該類化合物的抗HIV活性有著顯著影響。
　　 這些結果促使我們進一步開展針對DCK類化合物母核雜環(huán)骨架上雜原子和取代基的化學修飾工作。根據已獲得的初步構效關系,為了獲得更高效低毒

5、的HIV抑制劑,以及進一步考察8-位兩個甲基、8-位取代基的構型以及7-位雜原子對活性的影響,本課題設計在4-甲基-DCK的結構基礎上,設計了下列三個系列的DCK類似物,即4-methyl-7-thio-DCK26、8-Monomethyl-4-methyl-DCK(27-28)、8-Monomethyl-7-thio-4-methyl-DCK(29-30)、8-Monomethyl-7-sulfoxide-4-methyl-DCK(3

6、1-32)以及8-Monomethyl-7-sulfone-4-methyl-DCK(33-34),進行合成和生物活性探索。
　　 美國北卡大學Lee課題組為了拓展結構多樣性以進行QSAR研究,進一步對DCK的A環(huán)進行了結構改造,即將α-吡喃酮環(huán)替代為γ-吡喃酮環(huán)(DCP39a,39b),結果表明化合物39b不僅在HIVⅢB細胞模型實驗中活性高于4-甲基DCK;在HIV-1RTMDR1變異病毒株細胞模型實驗中遠遠高于4-甲基DC

7、K。這一結果證明DCK類化合物的A環(huán)具有結構修飾空間,且DCK母核骨架的改變可以顯著改善對變異HIV病毒株的抑制活性。
　　 本課題結合DCP類化合物的研究成果和前期研究對DCK類化合物結構修飾過程中積累的對構效關系認識和信息,為了探索C環(huán)和A環(huán)結構骨架對活性的影響,尤其是對變異HIV病毒株的活性影響,設計了下列三個系列的新結構類型的DCK類似物,即C環(huán)芳化DCK類似物(35,36)、苯并呋喃類DCK類似物(37)以及苯并呋喃酮

8、類DCK類似物(38),進行合成和生物活性探索。
　　 此外,這些目標化合物均屬結構新穎的雜環(huán)體系,對于它們的合成在化學上存在著一定的探索性,這將對積累該類雜環(huán)化合物的合成方法和認識新結構類型性質具有一定的學術意義。
　　 根據逆合成分析法,由7-羥基-4-甲基香豆素、1,7-二羥基萘酚、3,5-二羥基-2-萘酸和間苯二酚出發(fā),經過七條合成路線,成功合成了共49個上述目標化合物。并通過HPLC制備分離方法,成功地將多個理

9、化性質極其相似的構型異構體得以分離,獲得了它們的構型純的單體,供生物活性測定,為研究該類化合物藥效團空間構型與生物活性間的關系奠定了基礎。
　　 大部分目標化合物送抗HIV生物活性測試。在已獲得的初步篩選結果中,化合物26、27a和29a在H9淋巴細胞中顯示非常顯著的抗HIV活性(26:aIC50=38.3μM,aEC50＜0.0383μM,aTI＞1000;27a:aIC50=28.4μM,aEC50＜0.0402μM,aTI

10、＞705.6;27a:aIC50=39.1μM,aEC50＜0.0391μM,aTI＞1000)?；衔?6、35a、100和118c表現出對變異病毒株HIV-1RTMDR良好的抑制活性(26:cIC50=38.3μM,cEC50＜0.0383μM,cTI＞1000;35a:cIC50＞33.19μM,cEC50=2.32μM,cTI＞14.33;100:cIC50＞61.29μM,cEC50=0.899μM,cTI＞68.14;118

11、c:cIC50＞50.58μM,cEC50=11.27μM,cTI＞4.49)。此外,不少化合物表現出不同程度的抗HIV活性。部分目標化合物的最終精確活性數據尚在測定中。通過比較,可以得出以下一些DCK類衍生物抗HW構效關系及與其相作用的生物靶分子結構的新信息和新認識:
　　 (1)DCK類化合物的7-位氧原子用硫原子代替后,抗HIV活性明顯增加,且對變異病毒株HIV-1RTMDR具有明顯的抑制活性,說明DCK類化合物結構中7-

12、位硫原子比氧原子更有利于抗HIV活性。
　　 (2)8α-單甲基取代的DCK類似物(27a,29a)具有非常好的活性,TI值分別大于705.6和1000,而相應的8β-單甲基取代的DCK類似物(28,30)的活性大大降低甚至完全喪失活性。初步可以說明8-位取代基為α構型時更有利于與受體的結合,DCK類化合物的作用靶點與該類化合物8-位有相對應的作用點,8-位基團的體積和構型對活性有敏感的影響,8-位的α構型空間區(qū)域上有一個可容納

13、小烷基的結合空腔。在DCK類抗HIV研究中第一次揭示了8-位取代基空間構型對活性影響和關系。
　　 (3)將7-位硫原子氧化為相應的亞砜或砜得到的衍生物,其HIV抑制活性顯著降低甚至完全喪失活性?？赡茉蚴?-硫原子被氧化后,7-位的空間體積明顯增大或局部電性的變化,使之不再適合與受體靶點的結合。
　　 (4)9,10-雙樟腦酯基為α構型的化合物(如83,27b,29b)的活性較弱或者完全沒有活性,說明9,10-雙α樟腦

14、酯基取代不利于活性。這也說明與DCK類衍生物相結合的靶點生物大分子可能在相應于DCK的9β-位和10β-位的區(qū)域可能存在一個較大的空腔,該空腔需要大體積的取代基填充嵌入。這與其它DCK類似物的前期研究結果是一致的。
　　 (5)C環(huán)芳化的化合物35a顯示了良好的抗HIV活性,且對變異病毒株HIV-1RTMDR也具有一定的抑制活性。而具有9,10-位體積更大的取代基的化合物35b和35c的活性顯著降低甚至完全喪失,這說明與這類衍生

15、物相結合的靶點生物大分子可能在這類衍生物的9,10-位具有一定體積大小的結合空腔,不能容納太大體積基團的嵌入,也可能是作用于靶標分子不同部位或新靶標的一類化合物。這類結構深入研究將為藥物作用機理研究提供了新的線索和工具分子。
　　 (6)C環(huán)芳化的化合物100顯示了顯著的抗HIV活性,其9,10-位是二個小體積的乙酰酯基,比前述的9,10-雙樟腦酯基的化合物35a的活性更好,尤其是對變異病毒株HW-1RTMDR具有很好的抑制活性

16、。這揭示了我們設計的C環(huán)芳化母核的結構改變,導致9,10-位取代基的空間位置和體積要求,與過去研究的DCK系列中的情況,發(fā)生了很大的變化。通過C環(huán)骨架結構的改變,可以去除原有DCK類似物的重要藥效團9,10-雙樟腦酯基,從而改善生物利用度和體內穩(wěn)定性,是該領域多年研究以來希望突破的一個信息。C環(huán)芳化DCK類似物從化學結構角度講,已不是DCK類化合物類似的母核結構,C環(huán)母核結構有了很大的偏差,但仍然顯示了良好的抗HW活性,且對變異病毒株H

17、IV-1RTMDR也具有很好的抑制活性,是一個值得注視的研究方向。
　　 (7)7-嗎啉基取代的化合物118c也顯示了一定的抗HIV活性,但較7-位無取代基的化合物100的活性降低不少,尤其對變異病毒株HIV-1RTMDR的抑制活性降低15倍。初步的活性結果表明7-位引入較大的取代基對活性不利,這說明與這類衍生物相結合的靶點生物大分子可能在相應于這類衍生物的7-位的空間區(qū)域狹小,不能容納大體積基團的嵌入。
　　 (8)9

18、-單取代基的C環(huán)芳化DCK類似物均沒有顯示抗HIV活性,說明9,10-雙取代比9-單取代更有利于活性。而10-單取代對該類化合物的活性影響如何有待進一步研究揭示。
　　 (9)化合物76a和132表現出一定的抗HIV活性(76a:aIC50=90.6μM,aEC50=42.7μM,aTI=2.12;132;aIC50=58.1μM,aEC50=52.8μM,aTI=1.10)。之前較少發(fā)現僅有香豆素母核結構非常簡單的化合物具有抗

19、HIV活性。該類化合物可能存在潛在意義,是一類值得注意的新結構類型的HIV抑制劑,有待進一步的研究。
　　 以上這些構效關系的研究工作對課題的繼續(xù)深入和靶分子的結構和藥理作用機制探索均具有學術上的參考意義和啟示作用。
　　 在合成研究工作中,發(fā)現了一些化合物及反應的特殊化學行為和性質,對一些反應結果和機理進行了拓展和追蹤深化的研究和討論,主要包括:
　　 (1)在7-(1,1-二甲基丙-2-炔基硫基)-4-甲基-

20、2H-色烯-2-酮(42)的合成研究過程中,發(fā)現了一個意外的碳鏈重排反應。經1HNMR、13CNMR、DEPT、HMBC、EIMS和瓜圖譜,確證了該重排反應的產物結構。并對此異常重排反應進行了擴展研究,揭示了該重排有一定的普遍性,可能在有機合成上有一定的潛在應用價值。并通過研究提出了重排反應的可能機理。在探討重排反應的規(guī)律研究中,對一系列不同試劑所產生的不同產物,均進行了結構鑒定,并結合我們提出的重排反應的可能機理,作出了合理的解釋。<

21、br>　　 (2)在上述對異常重排反應的拓展研究中,在改變反應試劑和條件時,還發(fā)現了7-巰基香豆素43與2-甲基-3-丁炔-2-醇74a另一個意外的可能經過類似Claisen重排的異常反應,通過對此異常反應產物結構進行包括X-ray單晶衍射分析的確證,提出了其形成的機理。
　　 (3)對7-巰基-4-甲基香豆素43與炔丙位具有不同取代基的炔丙基鹵化物的不同化學行為,進行了分析討論,提出了可能的原因。
　　 (4)在重復

22、文獻[69]用間苯二酚、氯乙酰氯和無水AlCl3在1,2-二氯乙烷做溶劑的條件下制備6-羥基苯并呋喃3(2H)-酮66時,得到與文獻報道不同結果后,發(fā)現可用溫和的醋酸銨試劑在80％的乙醇水溶液中專一性水解化合物133的氯乙?；?再加入碳酸鉀進行分子內縮合反應,成功地完成了不經分離“一鍋炒”法得到化合物66。
　　 (5)在化合物64合成研究過程中,發(fā)現了化合物65在N,N-二乙基苯胺加熱,除了發(fā)生了Claisen重排外,在化合物

23、65的A環(huán)的2-位引入了一個亞乙基。并對此異常反應進行了擴展研究,揭示了該異常反應有一定的普遍性,可能在有機合成上有一定的潛在應用價值。并通過初步的實驗證據提出了此異常反應的經過自由基中間體的可能機理。
　　 (6)對三環(huán)前體64和144進行Sharpless不對稱雙羥化反應,發(fā)現這類化合物由于A環(huán)結構骨架的改變,具有明顯不同于本研究組里過去研究的具有香豆素類型A環(huán)相應底物的反應行為。對得到的產物進行了分離純化和波譜分析(結構尚