山東大學藥學院發現新一代高效抗耐藥性 HIV-1抑制劑

艾滋病（AIDS）是當今世界嚴重威脅人類生命健康的傳染性疾病，其病原體為人免疫缺陷病毒（HIV），其中 HIV- 1 是致病的主要亞型。在 HIV- 1 的生命周期中，逆轉錄酶（reverse transcriptase，RT）攜帶病毒遺傳信息的單鏈 RNA 逆轉錄成雙鏈 DNA，是抗艾滋病藥物設計的關鍵靶標。

其中，RT 抑制劑主要包括核苷類和非核苷類逆轉錄酶抑制劑，而 HIV- 1 非核苷類抑制劑（non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors, NNRTIs）具有活性高、選擇性強、毒性低等諸多優點，是目前治療艾滋病高效抗逆轉錄病毒療法（俗稱「雞尾酒療法」）的重要組成部分。但由於 HIV- 1 病毒的高變異性，第一代 NNRTIs 對大量的耐葯株不敏感，包括 L100A、Y181C 和 Y181C+K103N（臨床最嚴重的耐葯株之一）等。第二代 NNRTIs 對多種耐葯株具有很高的抑制活性，但較低的水溶性和較差的透膜性導致其生物利用度低、口服劑量加大，從而引起毒副作用和交叉耐葯等問題。另外，隨著依曲韋林（ETV）及利匹韋林（RPV）臨床的常規化應用，一些耐變異毒株也隨之出現，顯著地降低了 ETV 及 RPV 的臨床療效。因此，通過合理的結構修飾得到高效、廣譜抗耐葯以及具有良好葯代動力學性質的 NNRTIs 是當前抗艾滋病藥物研究的重要領域之一。

圖 1. 基於靶標結構及多樣性導向的結構優化發現高效抗耐藥性 HIV- 1 抑制劑

以最新一代抗艾滋病藥物依曲韋林為先導化合物，山東大學藥學院藥物化學研究所的劉新泳教授課題組與比利時 Leuven 大學醫學院微生物與免疫學研究所合作，發現了一類對 HIV- 1 野生株及多數臨床常見突變株均優於上市藥物依曲韋林的噻吩並嘧啶類化合物，但美中不足的是，代表性化合物 K -5a2 對臨床最常見的單突變株 K103N 以及雙突變株 Y181C+K103N 的活性仍有待改善。為進一步提高對這兩種臨床最常見突變株的活性，該團隊以 K -5a2 為先導化合物，根據靶標三維空間的適配性要求，特別是蛋白溶劑界面柔性區域的結構特徵，綜合運用基於靶標結構的合理藥物設計及抗耐藥性藥物設計策略（形成主鏈氫鍵、精準靶向保守型氨基酸等），依次對其右翼、中心雜環和左翼進行了系統的結構修飾（圖 1），以探討未知的化學空間，並完善該類抑制劑的構效關係；採用多樣性導向的結構修飾，可克服柔性靶標與配體精準結合模式的不可預知性；設計合成了多系列噻吩並嘧啶類 HIV-1 NNRTIs 並進行了細胞及靶點水平的生物活性測試以及早期成藥性評價，最終發現多個對 HIV- 1 野生株及臨床常見的嚴重耐葯株均有納摩爾水平抑制活性的化合物。

化合物 25a（DK5-1）具有抑制 HIV- 1 野生株和多種臨床常見突變株的活性，較先導化合物 K -5a2 和依曲韋林均有大幅度提高。其中，抑制臨床最常見的突變株 K103N 的活性（EC50= 0.908 nM）是 K -5a2 的 3 倍；尤其是抑制臨床嚴重的雙突變株 RES056（EC50 = 5.50 nM）的活性是 K -5a2 的 6 倍、依曲韋林的 3 倍。對單突變株 L100I、Y181C、Y188L 和 E138K，25a 的 EC50 值均小於 5.5 nM，遠優於上市藥物依曲韋林。初步的葯代動力學試驗顯示 25a 在大鼠體內達峰時間為 1.7 小時，半衰期為 3.93 小時，並顯示出良好的口服生物利用度（F = 16.19 %）。小鼠急性毒性試驗表明，其 LD50> 2000 mg/kg，心臟毒性試驗結果顯示其抑制 hERG 鉀離子通道的作用較低。目前正在對 25a 進行後續的成藥性和臨床前評價。

另外，本文作者還通過分子模擬分析了該類化合物的作用模式及抗耐藥性機理。作者指出，除了 DAPY 類化合物經典的作用力之外，25a 的右翼磺醯胺基團可與蛋白溶劑界面的 Lys104 和 Val106 的主鏈之間形成關鍵氫鍵作用，左翼新引入的氰基乙烯基基團指向由高度保守氨基酸 Phe227 和 Trp229 組成的狹長通道，並與之形成緊密的疏水作用，這也是 25a 能對多數耐葯株保持高效抑制活性的主要原因。該研究的一些啟示對其他易突變型或配體結合位點高度柔性靶標的藥物設計具有普遍的參考價值（圖 1）。

上述研究內容已在線發表於美國化學會藥物化學領域權威期刊 Journal of Medicinal Chemistry 上，第一作者為山東大學藥學院的康東偉博士，山東大學藥學院的劉新泳教授、展鵬副教授及比利時魯汶大學的 Christophe Pannecouque 教授為本論文的共同通訊作者。化合物的葯代動力學實驗由山東大學第二附屬醫院的方增軍協助完成。目前，該成果已申請中國發明專利與國際專利，有多家製藥公司對該類抗艾滋病候選藥物表現出濃厚的開發興趣。

該研究工作得到了多項科技部、國家自然科學基金委國際合作重點項目及面上項目以及山東省重點研發計劃（重大關鍵技術）等項目的資助。

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jmedchem.7b00332

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