在抗艾滋病(AIDS)治疗药物中,非核苷类逆转录酶抑制剂(NNRTIs)普遍具有活性高、选择性强、毒性低等优点。但由于HIV-1病毒的高度变异性,耐药毒株的频繁出现成为临床药物治疗的一大难题,因此开发新型抗耐药性AIDS治疗药物已成为该领域研究的当务之急。取代噻吩并噻二嗪三酮衍生物(TTDs)是最近发现的一类新型高效的HIV-1 NNRTIs。活性测试发现TTDs不仅对核苷类抗AIDS药物AZT的耐药病毒株有抑制作用,而且对其它一些NNRTIs的变异和耐药病毒株也有较好的抑制活性,是一类非常具有开发前景的HIV-1 NNRTIs。近年本课题组在TTDs的结构修饰方面进行了深入研究。构效关系研究发现：先导化合物的噻吩并噻二嗪结构中,N2、N4位均被π电子体系取代是保持活性所必需；噻吩环以极性较大的杂环或体积较大的苯环取代,导致疏水性降低或空间位阻增大,活性降低甚至丧失。因此TTDs分子中五元环部分的结构改造是获得高活性TTDs类NNRTIs的关键所在。本课题在前期研究的基础上,根据TTDs类NNRTIs构效关系总结,按照生物电子等排药物设计原理,对先导化合物噻吩并噻二嗪的五元杂环进行结构改造,以吡咯环取代噻吩环构建新型吡咯[1,2-b][1,2,4,6]噻三嗪结构母核。吡咯的N原子朝内,从而使将N上孤对电子埋于分子内部,降低极性以增强该区域的亲脂性,以期增加化合物与HIV-1逆转录酶(RT)疏水腔的结合能力。同时,N2与N4位根据TTDs类抑制剂构效关系,选取活性较高的取代基,构建一系列结构新颖的N2,N4-双取代-2H,4H--吡咯[1,2-b][1,2,4,6]噻三嗪-1,1,3-三酮衍生物。该系列化合物具有全新的吡咯并噻三嗪母核,其制备方法未见文献报道。经过探索发现了一锅合成关键中间体N-苄胺基磺酰基-吡咯-2-甲酸(La-3)的方法,再利用安全性的DPPA作为叠氮化试剂,通过Curtius重排生成异氰酸酯中间体,再经过分子内重排生成N2-苄基-2H,4H-吡咯[1,2-b][1,2,4,6]噻三嗪-1,1,3-三酮(La-4),最后N4位经过烃化反应获得到目标产物CWM。所合成23个目标产物均经过光谱结构确证,并进行了体外抗HIV-1 (IIIB)活性筛选。结果表明,大多数目标化合物都具有显著的抗HIV-1活性。其中有5个化合物的EC50值处于微摩尔水平(5.05-8.90μM),活性最高的两个化合物CWM-5与CWM-5F的EC50值分别为5.05μM和5.45μM,与先导化合物QM96521 (EC50=1μM)和NSC287474 (EC50=4μM)活性相当。初步构效关系分析明,N4位苄基上取代基对活性的贡献大小顺序为：2-氰基>3氰基>2-氯>2-溴>氢>2,4-二氯,其中邻位和间位氰基取代活性最高,2,4-二氯和对氟取代使活性丧失。此外,与前期研究不同的是,两个N4位氰甲基取代的化合物的活性都没有显著优势。为预测其作用机制,本课题组对活性较好的化合物进行了分子模拟的Dock研究,对接模型表明：吡咯并噻三嗪母核位于NNRTIs结合口袋(NNIBP)的中心位置,砜基与Y318形成氢键,吡咯环位于P236、V106等残基附近,指向NNIBP的“开口区”；N2位苄基苯环与Y188及W229的侧链苯环及吲哚环平行,利于形成π-π；堆积作用；N4位取代苄基与Y181、V179及E138等亲脂性氨基酸之间可能存在疏水性作用。此外,N4苄基上的氰基与K101主链形成氢键。值得注意的是,活性最好的化合物中大部分N4苄基上存在氰基取代,据此推测氰基对于活性的保持至关重要。总之,本课题在构效关系研究的基础上,根据电子等排体药物设计原理设计了一系列结构全新的吡咯并噻三嗪衍生物,发明了一锅合成关键中间体的合成路线,共计合成23个结构全新的化合物,并经光谱分析确证。体外细胞水平测试发现很多化合物对野生型HIV-1表现出良好的活性。本研究进一步丰富了TTDs类抑制剂的构效关系,发现了具有进一步研究价值的两个化合物CWM-5与CWM-5F。同时,分子对接研究初步预测了其结合模式,在一定程度上验证了构效关系,在本研究的基础上我们提出了进一步结构修饰的思路。In the treatment of HIV patients, the non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NNRTIs) have been widely use as important component of highly active antiretroviral therapy (HAART) for their high selectivity, relatively low toxicity, and potent activity. However, NNRTI therapy is suffered from an inevitable emergence of HIV-1 resistant strains due to rapid mutants of the residues in RT. Therefore, further development of novel NNRTIs with improved pharmacological and resistance profile is critical for a more successful application of NNRTIs in combination therapy.Recently, a series of 2,4-disubstituted-1,1,3-trioxo-2H,4H-thieno[3,4-e][1,2,4] thiadiazines (TTDs) was reported as potent NNRTIs which can effectively inhibit the replication of wide type HIV-1 as well as a variety of HIV-1 mutant strains, including strains that are resistant to AZT. The prototype compounds QM96521 endowed with an EC50 value of 1μM. In an effort to improve its activity, extensive modification work was focused on the substitutions at N4 and N2 positions, which further led to the discovery of QM96539, QM96639 and QM96625. In recent years, our team has been engaged in structural modifications of TTDs scaffold, including replacement of thiophene with polar heterocycles or lager benzene ring, which generally reduced, even diminished the antiviral activity. Hence, the structural modification of five-membered heterocycle moiety of TTDs plays a key role in the generating novel TTDs-type NNRTIs with high potency. Inspired by this foundation, we further designed a series of novel disubstituted pyrrolothiadiazine (PTD) derivatives based on the general principle of bioisosteric replacement. The lipophilic heterocyclic system of pyrrolothiadiazine is considered as an ideal surrogate for thienothiadiazines to maintain its hydrophobic
