HIV非核苷类逆转录酶抑制剂的研究进展

李　超，史博颖

(国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京　100081)



HIV非核苷类逆转录酶抑制剂的研究进展

李超，史博颖

(国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京100081)

获得性免疫缺陷综合症(AIDS)即艾滋病是由人类免疫缺陷病毒感染而导致的人体防御机制机能缺陷，从而引发的机会性感染和肿瘤的临床综合征。根据作用机制和化学结构的不同，HIV逆转录酶抑制剂主要分为核苷类逆转录酶抑制剂和非核苷类逆转录酶抑制剂。本文详细阐述上述HIV非核苷类逆转录酶抑制剂的研究进展。

HIV; 逆转录酶; 非核苷类抑制剂

获得性免疫缺陷综合症(AIDS)即艾滋病是由人类免疫缺陷病毒感染而导致的人体防御机制机能缺陷[1]，从而引发的机会性感染和肿瘤的临床综合征[2]。1981年美国疾病控制中心首次报告艾滋病临床病例以来，艾滋病病毒在全球范围内的传播速度惊人，已经成为人类前所未有的最具毁灭性的疾病之一。而中国自1985年发现首例AIDS患者以来，感染人数呈递增趋势[3-4]。

逆转录酶是抗HIV药物的一个重要靶点。核苷类逆转录酶和非核苷类逆转录酶是目前主流的抗HIV逆转录酶抑制剂[5-6]。其中非核苷类逆转录酶抑制剂研究的更为深入，本文详细阐述HIV非核苷类逆转录酶抑制剂的研究进展。

1　非核苷类逆转酶抑制剂

1.1非核苷类逆转录酶抑制剂的作用机制

非核苷类逆转录酶抑制剂结合于HIV逆转录酶上的一个非底物结合的变构部位，该结合部位与底物结合中心的距离非常接近，仅具有10 Å左右，并由芳香族氨基酸Tyr181、Tyr188、Phe227、Trp229、Tyr232组成疏水的袋状结构(NNIBP)。当逆转录酶的构象与非核苷类逆转录酶的构象发生互补性重排时，其通过产生疏水性的作用力而使两者结合在一起，从而使p66中含有催化活性的天冬氨酸残基(Asp110、Asp185和Asp186)所在的β片层发生重新定位，形成类似p51亚基催化部位的构象而失去催化活性。因此，非核苷类逆转录酶抑制剂是通过底物结合部位的构象来抑制逆转录酶活性。研究表明，非核苷类逆转录酶与逆转录酶结合时能够形成一种蝴蝶状的构型，这一构型正好嵌入到逆转录酶上的变构部位的袋状口袋[7]。

1.2非核苷类逆转录酶抑制剂类型

非核苷类逆转录酶抑制剂根据结构的不同可以分为以下几类：

1.2.1四氢咪唑苯并二氮杂草酮(TIBO)类似物

奈韦拉平是本类逆转录酶抑制剂的代表药，通过阻断逆转录酶催化的化学反应而发挥作用。由于单用奈韦拉平很快引起耐药株的出现，在临床上通常与齐多夫定联合使用。若以奈韦拉平的内酰胺桥替换为杂环，能够很大程度上提高抗HIV活性。另外，另一系列TIBO抑制剂如R-82913和R-82150也能够获得较好的抗HIV活性，并且通过构效关系的研究七元二氮杂环是抗HIV的必要结构[8]。

1.2.2二芳香杂环呱嗪类似物(BHAP)

地韦拉啶是由辉瑞公司上市的经典的BHAP类似物。地拉韦啶与逆转录酶的结合不同于其它的非核苷类逆转录酶抑制剂，其是第二个非核苷类逆转录酶抑制剂，目前需要与其他抗病毒药物联合使用，即采用鸡尾酒疗法进行给药[9]。地韦拉啶也被认为第二代抗病毒因子的先驱

Romero DL等[10]以地韦拉啶为先导物，对其哌嗪基母体改造成为烷胺基哌嗪基并对环上取代基进行了扩展，经过改造后的化合物同样具有较好的抗HIV活性，具有扩大的抗病作用谱，并抑制了病毒的耐药株对其他非核苷类逆转录酶抑制剂的耐药性问题。由于在化合物代谢过程中，在细胞色素P450的作用下，容易发生N-去烷基化的作用。所以为了提高3-吡啶基的稳定性，Genin MJ等[11]对BHAP类化合物结构进行改造，发现3位烷氧化合物显示较好的代谢稳定性，虽然结构稳定性有所提高，但是同样降低了化合物的抗HIV病毒谱。BHAP 类似物中包括双芳杂环基硫脲类化合物，其中N-[1-(1-呋喃甲酰甲基)]-N’-[2-(噻唑基)]硫脲对HIV-1 耐药株显示出较强的抑制活性[12]。对地韦拉啶的结构改造中发现，吡咯酮类化合物具有较高的抗HIV-1的活性，并且对耐药株同样具有较高的活性[13]。

1.2.3喹唑啉类衍生物

依非韦仑是针对高病毒载量患者具有较为明确疗效的药物。研究发现，依非韦伦、拉米夫定、齐多夫定组合而成的三合一配方是HIV鸡尾酒疗法的最佳组合，该组合疗效佳、作用时间长、使用方便、且有利于增强奇多夫定和拉米夫定联用的抗逆转录病毒的活性，能起到快速的疗效。

将依非韦伦进行结构改进，将其结构汇总的炔键改为烯键，得到DPC-083，其对临床得到的HIV耐药变异株的活性是依非韦伦的7倍。目前已进入临床II期，其证明其是安全有效的，并且DPC083具有良好的口服生物利用度,CNS副作用(如头昏)和皮疹的发生频率也略低于依非韦伦。由于DPC-083与血液中蛋白结合力较弱，从而药物在血液中有较高的有效浓度。对HIV病毒复制的抑制活性是依非韦伦的1020倍[14]。

与喹唑啉衍生物类似, 对依非韦伦的母核改造还得到了4,1-苯并氮氧杂罩酮类衍生物, 通过构效关系研究发现，通过修饰3位取代基的空间位阻和化合物分子本身的构型, 可以很大程度上提高对存在K103N的抑制活性。但由于该类化合物的血浆结合率较高而阻碍其得到更广泛的应用。据报道, 喹哇啉的类似物和喹唑啉类似物也具有抗HIV活性，例如通过筛选苯并二嗪类衍生物可以得到一些具有抗HIV活性的化合物[15]。

南开大学的汪清民等[16]也设计了一系列喹唑啉类抗HIV化合物，并且对HIV有较好的抑制活性；同时对烟草花叶病毒也有一定抑制活性。但是化合物毒性以及细胞活性仍需要进一步的研究。

1.2.4TSAO类似物

TSAO类化合物在人体几种细胞系均具有抗癌活性，如MT-4，CEM-SS等。对HIV几种不同亚型具有一定的抑制作用。TASO-T类化合物是在TSAO-嘌呤或TSAO-嘧啶类化合物的N位引入甲基，其结构严格遵守蝴蝶型构型。TSAO-T类化合物不仅不降低抗HIV活性还可以较大程度上减少其细胞毒性，很大程度提高了治疗指数。

目前也有研究表明，TSAO的C3位置引入Br取代特别是I取代能提高抗病毒活性[17]。

1.2.5HEPT类似物

HEPT类化合物作为 NNRTIs的较为经典的一类化合物，是结构中含有核苷碱基且不含糖环，而具有抗HIV活性的非核苷类化合物，由于其具有较强的交叉耐药性，已成为国内外众HIV药物开发的研究重点。目前代表性化合物为MKC-442即TNK-651.HEPT类似物的结构修饰主要有可以被修饰的位点较多，如N-1位侧链、2,3,4位的修饰、C-5位、C-6位以及6位苯硫基均可以进行相应的结构修饰。通过研究HEPT化合物结构与酶的作用方式，可以给HEPT类化合物进行结构修饰提供更多的参考。

如刘俊义[18-19]课题组就以TNK-651为先导化合物，设计并合成出了一系列HEPT类似物，并均有良好的抗HIV活性。其将5位异丙基替换为I原子，Br原子，二甲胺，同样具有抗HIV活性。上述5位改造的化合物相比奈韦拉平高出38～2319倍。5位为碘原子活性最好，二甲胺次之，溴原子最弱。构效关系研究显示，6为芳环二甲基的引入能够增强分子与保守的Trp229的相互作用，同时调节N-1侧链的末端苯环；依据基团空间位阻，将5位的异丙基等烷基基团，替换为碘原子等具有类似空间位阻的卤素原子后，不仅具有抗HIV活性，并能够增加耐药株的活性。

孟歌等[20]在研究构效关系的基础上，以MKC-442 为先导化合物，借助CADD辅助药物设计，萘甲基取代苄基以增加分子空间体积，通过筛选，发现经过修饰后的化合物具有较高的抗HIV-1逆转录酶活性，之后再通过改变萘环取代位置进而设计不同系列化合物，其抗HIV-1逆转录酶活性远高于β-取代的化合物，其中1-乙氧甲基-5-异丙基-6-(1-萘甲基)尿嘧啶活性最好，1-苄氧甲基-5-乙基-6-(1-萘甲基)尿嘧啶次之。

SGI 工作站通过模拟HIV逆转录酶与化合物的对接机制[21]，发现随着HIV-1 RT NNB 中的α-取代萘甲基的芳香性的增加，化合物分子与底物酶之间疏水性也能够随之加强，进而提高活性[22]，构效关系表明，萘环能够作为新的修饰基团，进行衍生物的扩展[23]。

Jing Tang等[24]根据多靶点HIV抑制剂的设计思路，对TNK-651为先导化合物进行改进：将3位N原子上的氢替换为羟基。通过这样的改造得到的化合物不仅具有抗HIV逆转录酶活性，发现其还具有抗HIV整合酶的活性，得到了一种抗HIV双靶点化合物，提供了一种新的思路。

1.2.6DABOs类似物

DABOs是一类与HEPT一样同属于嘧啶酮类的高效非核苷类逆转录酶抑制剂。经过研究表明，将DABOs的嘧啶2-侧链氧原子进行替换得到C-DABo和N-DABO。其中C-DABOs的活性并没有达到预期效果，反之N-DABOs则具有与DABOs类化合物相似的抗HIV逆转录酶活性。

云南大学的何严萍等[25]也设计了一系列S-DABO类抗HIV化合物：

其中R1为C1-3的烷基，R2为C1-6的烷基、取代呋喃环、噻吩环、苯环等，其化合物具有显著的抗HIV病毒活性，细胞毒性低，选择性指数高。

首都医科大学的刘畅[26]将S-DAMO类化合物进行改进：将2为S替换为砜结构，并测试了此类化合物的抗HIV活性，发现此类化合物高于奈韦拉平14倍，有可能成为潜在的新一类的抗HIV药物。

王月平等[27]采用分子全息定量构效关系(HQSAR)方法研究34个S-DAMBOs类化合物的结构与活性之间的关系，其能够很好的反映出化合物结构那些结构片段，与抗HIV逆转录酶活性是较为相关的，并且是如何作用的，直观形象的指明了S-DAMOs化合物对活性起重要作用的结构与片段：如C-6位取代基为环己甲基的S-DABOs的活性比为苄基或萘甲基取代类似物的活性好；C’-2和C’-6上的H并不是体现活性的必须结构，所以可以针对该位置进行结构修饰，以提高化合物对 HIV-1的抑制能力。该方法能够指导化合物的结构改造和优化。

1.2.7吡啶类

吡啶类抗HIV化合物中一种比较重要的一类是：吡啶酮类化合物。李阿敏[28]等设计并合成了一系列的吡啶酮类化合物：以4-(环己基甲基氧)-6-苯乙基-2(1H)-吡啶酮-3-羧酸乙酯为先导物，根据生物电子等排原理和氢键作用等理论，设计出一类相关结构的新分子。通过改变3,4,6位取代基，进而通过化合物分子构象的改变而增加抑制HIV活性。其中，化合物4位2-甲基环己基具有较好的柔性，可更好的适应RT酶的结合口袋，且对变异株也有一定的作用，使与逆转录酶的作用力增强；增大5位取代基的空间位阻作用，是其能够影响化合物4位环己基的空间构象，同时改变其电性效应，从而增强化合物分子能够与疏水性口袋的氨基酸残基的结合能力，通过酶的构象的改变进而获得更优的抗HIV活性。合成的化合物抗HIV活性为奈韦拉平的5～200倍，活性最好的化合物能够达到纳摩尔级别。

青岛文创科技有限公司[29]设计了氯吡啶类抗HIV化合物：2-(环丙胺基)-3-甲酸-4-氯吡啶。抗HIV病毒的活性也能达到微摩尔级别。中国人民解放军军事医学科学院毒物药物研究所[30]也涉及了一类具有新型骨架的抗HIV活性化合物，分子具有良好的柔性，因此对HIV耐药病毒株有较强的抑制活性。

2　展　望

HIV逆转录酶是HIV-1复制周期中不可或缺的关键酶之一，是非常具有潜力的抗HIV药物设计的靶点之一。随着新型的非核苷类逆转录酶的结构开发以及新的作用机制的发现，药物研究者能够更加理性和合理的设计出效果更加优异的新型非核苷类逆转录酶抑制剂。随着计算机辅助药物设计、计算化学以及分子生物学等相关学科的研究发展，相信抗HIV药物能取得新的突破。

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Development in HIV Non-nucleoside Reverse Transcriptase Inhibitors

LI Chao, SHI Bo-ying

(Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office,StateIntellectualPropertyOffice,Beijing100081,China)

The acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) is caused by the human immunodeficiency virus (HIV). The HIV RT inhibitors are divided into two groups, nucleosides and non-nucleosides, according to the chemical structure type and drug action. The research progress of non-nucleoside HIV-1 RT inhibitors was reviewed.

HIV; reverse transcriptase; non-nucleoside HIV-1 RT inhibitors

TQ203.8

A

1001-9677(2016)016-0044-03

共同第一作者：李超(1988- )，男，专利审查员，主要从事有机化学领域的发明专利实质审查。

史博颖(1986- )，女，专利审查员，主要从事有机化学领域的发明专利实质审查。