苯甲酸类神经氨酸酶抑制剂的设计、合成及生物活性研究文献综述

 2022-12-03 16:47:08

开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)

流感是一种常见的由流感病毒引起的呼吸道疾病,目前禽流感病毒也威胁着人类健康,截至2008年1月15日,人类感染禽流感的病例为473起,死亡人数为179人。人类感染的禽流感一般是由H5N1病毒株引起的,流行病学家预计该病毒株将引发下一次流感大流行。禽流感的治疗用药方面,因禽流感病毒的变异以及耐药性的产生,一般不推荐使用M2离子通道阻滞剂(金刚烷胺和金刚乙烷);进一步研究发现神经氨酸酶抑制剂扎那米韦(Zanamivir)和奥司米韦(Tamiflu)是对H5N1病毒仅有的两个有效药物。但由于专利保护及生产周期长,一旦流感大规模爆发,即使我们无视专利进行仿制生产,也远不能满足药物的市场需求。因此,研发更加有效,能够大批量生产的具有自主知识产权的抗流感药物迫在眉睫。

早在1942年Hirst就发现在流感病毒表面有一种可以破坏红细胞表面受体的酶。随后Burnet等进一步研究了受体破坏机制,并预言此酶的抑制剂可能成为一种良好的抗病毒药。1969年Mindl等研制了第一个可抑制流感病毒NA的抑制剂2-脱氧-2,3-脱氢-N-乙酰神经氨酸(DANA,Neu5Ac2en),但由于活性及其特异性太低,治疗效果不明显。1983年Colman等报道了流感病毒NA的晶体结构及其与NA的复合物。1993年Vonitzstein等证实,扎那米韦为一种特异性高、疗效强的流感病毒NA抑制剂。1997年,Kim等设计了一种新型碳环流感病毒NA抑制剂,并经乙酰化,引入疏水基团形成口服剂型的原型药物Oseltamivir。1999年扎那米韦成为第一个上市的NA抑制剂,但由于其极性比较大,口服生物利用度低,加之其通过吸入给药,没有口服给药方便,因此,对其结构进行改造一直是抗流感病毒领域研究的热点之一。

目前NA抑制剂的种类有唾液酸(sialic acid,SA)类似物、环己烯类、吡咯烷及环己烷类、呋喃环类、多聚体类及苯甲酸类。这六大类抑制剂均以神经氨酸酶桶状结构中心的保守序列为作用位点。在分子结构上多有一个环状中心结构,构效关系研究显示,环结构的大小和饱和程度对抑制剂活性影响很小,环上取代基的构型和电性是决定抑制剂活性的关键性质。其中苯甲酸类衍生物具有形状与化学官能团都与SA类似,与NA活性位点结合的方式也与SA类似,且苯环不带手性,具有合成方便及脂溶性增加的优点。基于SA与NA复合物的晶体结构比较还发现:(1)吡喃环上的取代基都处于平伏位,苯环的平面结构可以满足这一要求;(2)母环部分与酶没有直接的相互作用;(3)苯环的疏水性可能增强化合物的生物利用度。基于以上种种优点,使得苯甲酸类神经氨酸酶抑制剂在世纪初成为研究的热点。

1995年,Ming Luo等设计合成了结构上含有羧基、乙酰氨基等活性必需基团的非糖类似物,并对骨架进行改造,尽量使其达到抑制活性所需的空间构象。在此基础上通过能量优化计算,选择以苯环为母体,设计并合成了苯甲酸类NA抑制剂BANA-105,BANA-106,BANA-108。但此类化合物的活性并不高,最好的BANA-105的IC50为0.75 mM。但可以以此类化合物作为先导,开发出活性更高的苯甲酸类NA抑制剂。

研究发现NA的S2口袋可以容纳更大的碱性基团,同年,Kim小组和Brouillette小组先后报道了苯甲酸类NA抑制剂BANA-113,该化合物的IC50达到2.5mu;M,说明该化合物能与NA活性位点结合并产生一定的抑制作用,后来该化合物进入了临床研究。由于BANA-113只占据了NA活性位点中的三个,为了提高其结合程度Kim小组还合成了四取代的zanamivir的结构类似物,但体外试验显示其对H3N2病毒株无效,后来Walsh通过酶复合物构象发现BANA-113有活性是因为其胍基更易进入扎那米韦与NA结合的甘油侧链的活性位点而非胍基的位点,因此化合物的胍基也更倾向于进入甘油侧链的结合位点,而甘油侧链的存在一定程度上阻碍了这种结合。

1999年,Atigadda小组通过X射线晶体衍射和计算机三维成像技术研究了BANA-113与NA复合物的结构,用3-戊胺基和2-吡咯烷酮分别取代BANA-113分子上C3位的胍基和C4位的乙酰氨基,同时在吡咯烷酮上引入能与NA形成更多氢键的羟基和氨基,活性研究发现化合物能够更好地与NA的4 位和5位亚活性位点相互作用,体外抑制活性显著提高。得到了首个进入nM级的苯甲酸类NA抑制剂5(b)。其对NAA的 IC50=48nM,但是对NAB的抑制作用不大。对该化合物的研究还暗示了高抑制活性不一定需要胍基的存在甚至不需要氨基的存在,具有合适取代基团的吡咯烷类化合物可作为NA抑制剂。

研究显示,多取代酰基硫脲衍生物具有高效抗病毒活性,对细胞培养的流感

病毒株具有高选择的抗病毒活性。体外试验发现,多取代酰基硫脲衍生物的抗病毒效能与其对流感病毒NA的抑制活性密切相关。考虑到硫脲具有良好的抗病毒活性,本论文利用基于片断的药物设计,通过片断生长法,在苯甲酸片断的基础上进行结构延伸,加上硫脲结构片断,设计了一系列取代苯甲酰基硫脲衍生物,以期寻找具有适当药代动力学性质、新型结构骨架和较高选择性的流感NA抑制剂。

参考文献

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