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艾滋病，又名获得性免疫缺陷综合征(Acquired Immunodeficiency Syndrome，AIDS)，是严重威胁人类生命健康和全球经济的发展的传染性疾病，其主要病原体是1型人类免疫缺陷病毒(Human Immunodeficiency Virus Type 1，HIV-1)。逆转录酶(Reverse Transcriptase，RT)在艾滋病毒生命周期中起着关键作用，其作用机制明确，蛋白结构清晰。针对该靶点的非核苷类逆转录酶抑制剂(Non-nucleoside Reverse Transcriptase Inhibitors，NNRTIs)具有高效低毒、特异性强的优点，是高效抗转录病毒联合疗法(Highly Active Antiretroviral Therapy，HAART)的重要组成部分。但由子NNRTIs结合位点的氨基酸残基极易发生突变，该类药物极易产生耐药性进而迅速降低临床疗效。因此，我们迫切需要研发更为高效低毒的，具有化学多样性、抗耐药性良好的新型抑制剂，尤其是其他类型的NNRTIs。
吲哚芳砜(Indolylarylsulfone，IAS)类化合物是一类独特的HIV-1NNRTIs。为了提高该类化合物的活性和优化药代动力学性质，大量的结构修饰工作聚焦在吲哚骨架的2-酰胺取代基上。活性结果也证明了该位置是结构修饰的有利位点。在保持优势骨架不变的前提下，尽可能增加药物与靶标的相互作用力对于维持亲和力和克服由配体结合位点中的氨基酸突变引起的耐药很重要。此外，多靶点药物设计也可以防止耐药性的出现从而提高其治疗效果。改善药物的药代动力学性质也是研发中的关键环节。本论文为了提高吲哚芳砜类NNRTIs的抗耐药性和优化其药代动力学性质，围绕吲哚芳砜的酰胺进行结构修饰，开展了以下研究工作:
基于靶标结构的新型吲哚芳砜类HIV-1非核苷类逆转录酶抑制剂的设计、合成与活性评价
吲哚芳砜类抑制剂和RT的晶体结构表明，吲哚2位朝向由L100、G138和V179组成的柔性通道，是结构修饰的有利位点。本课题充分基于硼酸形成多重氢键的能力，将硼酸基团引入吲哚的2位酰胺末端，设计并合成了一系列具有硼酸修饰的新型IAS衍生物，使化合物与入口通道周围氨基酸形成广泛的氢键作用，以增加其抗耐药性。细胞水平的抗病毒结果表明硼酸衍生物均对野生型(Wild Type，WT)HIV-1显示出较强的抑制活性(EC50(ⅢB)=6.7-42.6nM)。特别是，代表化合物SC-5d(EC50(ⅢB)=8.5nM)维持了对L100I、K103N和F227L/V106A突变株的抑制活性(EC50(L100I)=7.3nM;EC50(K103N)=9.2nM;EC50(F227L/V106A)=21.1nM)，远优于上市药物奈韦拉平、拉米夫定和依法韦伦，并和依曲韦林处于同一水平。此外，化合物SC-5d抑制逆转录酶的活性(IC50=123.5nM)远优于依法韦伦(IC50=694.8nM)。更重要的是，与依法韦伦相比，SC-5d在不同的pH条件下，水溶性显著提高。
此外，我们还引入Fsp3概念，将具有丰富三维立体结构和结构新颖性的螺环结构引入吲哚的2位酰胺末端。一方面，更大的空间三维结构可以使分子占据更多的化学空间，并且建立与周围氨基酸残基的潜在相互作用，从而增强与靶标的亲和力;另一方面，有望增加化合物的溶解度。目前，该系列的体外细胞活性还在测试中。
基于新作用机制的核衣壳蛋白7/逆转录酶的双靶标抑制剂设计、合成与活性评价
双靶标药物能够同时作用于病毒复制周期中的多个靶点，对各靶点的作用可以产生协同效应且不易产生耐药性。HIV-1核衣壳蛋白7(NCp7)抑制剂不易由于NCp7的基因突变而产生耐药性，是一类具有高耐药屏障的抑制剂。并且NCp7在发挥生物学功能时常与逆转录酶形成蛋白复合物。巯基苯甲酰胺硫酯(S-acyl-2-mercaptobenzamide thioester，SAMT)由于其高耐药屏障以及低毒性，是有吸引力的一类NCp7抑制剂。因此我们采用双靶点策略将吲哚芳砜NNRTIs和SAMT作为母体药物，使用不同连接链连接两者的药效团，设计并合成了一系列RT/NCp7双靶点抑制剂。我们期望所设计的目标化合物能兼具两种母体药物的优势，即具有高的抗HIV-1活性也具有高的的抗耐药性。细胞水平的抗野生型HIV-1活性测试结果表明:没有连接NCp7药效团的IASs表现出了优异的抗野生型HIV-1活性，EC50在0.88-1.03nM范围内，且细胞毒性均较低。其中，最优异的化合物SS-6c抗野生型HIV-1的EC50为0.88nM，优于上市药物齐多夫定，与上市药物利匹韦林相当。连接NCp7药效团的IASs表现出稍弱的活性，EC50在64.75-446.22nM范围内。分析其细胞活性降低的原因可能是连接NCp7药效团后导致化合物分子量较大，透膜性差。除此之外，代表化合物SS-6c(IC50=1.16μM)与SS-7f(IC50=1.92μM)表现出较强的RT抑制剂活性，证明该系列化合物可以通过作用于RT发挥作用。目前，化合物的NCp7靶标活性正在测试中。
吲哚芳砜(Indolylarylsulfone，IAS)类化合物是一类独特的HIV-1NNRTIs。为了提高该类化合物的活性和优化药代动力学性质，大量的结构修饰工作聚焦在吲哚骨架的2-酰胺取代基上。活性结果也证明了该位置是结构修饰的有利位点。在保持优势骨架不变的前提下，尽可能增加药物与靶标的相互作用力对于维持亲和力和克服由配体结合位点中的氨基酸突变引起的耐药很重要。此外，多靶点药物设计也可以防止耐药性的出现从而提高其治疗效果。改善药物的药代动力学性质也是研发中的关键环节。本论文为了提高吲哚芳砜类NNRTIs的抗耐药性和优化其药代动力学性质，围绕吲哚芳砜的酰胺进行结构修饰，开展了以下研究工作:
基于靶标结构的新型吲哚芳砜类HIV-1非核苷类逆转录酶抑制剂的设计、合成与活性评价
吲哚芳砜类抑制剂和RT的晶体结构表明，吲哚2位朝向由L100、G138和V179组成的柔性通道，是结构修饰的有利位点。本课题充分基于硼酸形成多重氢键的能力，将硼酸基团引入吲哚的2位酰胺末端，设计并合成了一系列具有硼酸修饰的新型IAS衍生物，使化合物与入口通道周围氨基酸形成广泛的氢键作用，以增加其抗耐药性。细胞水平的抗病毒结果表明硼酸衍生物均对野生型(Wild Type，WT)HIV-1显示出较强的抑制活性(EC50(ⅢB)=6.7-42.6nM)。特别是，代表化合物SC-5d(EC50(ⅢB)=8.5nM)维持了对L100I、K103N和F227L/V106A突变株的抑制活性(EC50(L100I)=7.3nM;EC50(K103N)=9.2nM;EC50(F227L/V106A)=21.1nM)，远优于上市药物奈韦拉平、拉米夫定和依法韦伦，并和依曲韦林处于同一水平。此外，化合物SC-5d抑制逆转录酶的活性(IC50=123.5nM)远优于依法韦伦(IC50=694.8nM)。更重要的是，与依法韦伦相比，SC-5d在不同的pH条件下，水溶性显著提高。
此外，我们还引入Fsp3概念，将具有丰富三维立体结构和结构新颖性的螺环结构引入吲哚的2位酰胺末端。一方面，更大的空间三维结构可以使分子占据更多的化学空间，并且建立与周围氨基酸残基的潜在相互作用，从而增强与靶标的亲和力;另一方面，有望增加化合物的溶解度。目前，该系列的体外细胞活性还在测试中。
基于新作用机制的核衣壳蛋白7/逆转录酶的双靶标抑制剂设计、合成与活性评价
双靶标药物能够同时作用于病毒复制周期中的多个靶点，对各靶点的作用可以产生协同效应且不易产生耐药性。HIV-1核衣壳蛋白7(NCp7)抑制剂不易由于NCp7的基因突变而产生耐药性，是一类具有高耐药屏障的抑制剂。并且NCp7在发挥生物学功能时常与逆转录酶形成蛋白复合物。巯基苯甲酰胺硫酯(S-acyl-2-mercaptobenzamide thioester，SAMT)由于其高耐药屏障以及低毒性，是有吸引力的一类NCp7抑制剂。因此我们采用双靶点策略将吲哚芳砜NNRTIs和SAMT作为母体药物，使用不同连接链连接两者的药效团，设计并合成了一系列RT/NCp7双靶点抑制剂。我们期望所设计的目标化合物能兼具两种母体药物的优势，即具有高的抗HIV-1活性也具有高的的抗耐药性。细胞水平的抗野生型HIV-1活性测试结果表明:没有连接NCp7药效团的IASs表现出了优异的抗野生型HIV-1活性，EC50在0.88-1.03nM范围内，且细胞毒性均较低。其中，最优异的化合物SS-6c抗野生型HIV-1的EC50为0.88nM，优于上市药物齐多夫定，与上市药物利匹韦林相当。连接NCp7药效团的IASs表现出稍弱的活性，EC50在64.75-446.22nM范围内。分析其细胞活性降低的原因可能是连接NCp7药效团后导致化合物分子量较大，透膜性差。除此之外，代表化合物SS-6c(IC50=1.16μM)与SS-7f(IC50=1.92μM)表现出较强的RT抑制剂活性，证明该系列化合物可以通过作用于RT发挥作用。目前，化合物的NCp7靶标活性正在测试中。