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艾滋病,全称获得性免疫缺陷综合征（Acquired Immunodeficiency Syndrome,AIDS）,主要是由人免疫缺陷病毒 1 型（human immunodeficiency virus,HIV-1）导致的降低人免疫功能的传染性疾病。在HIV-1病毒复制过程中,逆转录酶（Reverse transcriptase,RT）的作用极为关键,因此是抗AIDS药物设计的重要靶标。特别是,非核苷类逆转录酶抑制剂（Nonnucleoside RT inhibitors,NNRTIs）具有高效、高特异性和低毒性等诸多优点,在当前高效抗逆转录疗法（highly active antiretroviral therapy,HAART）中占有重要地位。然而,由于临床上耐药株的迅速出现、毒副作用和差的药代动力学性质导致NNRTIs的抗病毒效力降低。因此,开发高抗耐药且药代动力学性质优良的NNRTIs仍然是当前抗AIDS药物研发领域的重中之重。随着更多的NNRTIs与RT的晶体结构被研究者们解析,许多新开发的结合位点为新型NNRTIs的设计提供了广阔的空间。维持典型的结合模式,并靶向新位点则有利于NNRTIs与靶标之间的特异性结合,提高亲和力,进而为提高NNRTIs的耐药活性提供了可能。此外,改善药物药代动力学性质也是研发中的关键环节。通过明确药物的代谢产物和代谢途径,继而封闭代谢位点改变其代谢途径来增强代谢稳定性,延长半衰期。本论文围绕探究抗HIV-1候选药物K-5a2的代谢产物和提高NNRTIs的抗耐药性两个方面,开展了以下三个部分的研究工作:抗艾滋病候选药物K-5a2的体外代谢产物研究K-5a2是本课题组综合运用基于靶标结构的药物设计策略发现的噻吩并嘧啶类HIV-1 NNRTI,其对野生株和突变株活性均优于ETR,且药代动力学性质良好。目前正在与企业合作开发中。然而,K-5a2较短的半衰期（t1/2=3.6 h）会影响其在体内的作用时间,因此其药代动力学性质仍有进一步提升的空间。为了探究K-5a2半衰期短的原因,本论文根据其前期人肝微粒体代谢稳定性研究结果,应用线性离子阱液质联用技术并辅以分析软件,快速筛查出K-5a2在人肝微粒体孵育体系中的6种代谢产物,其代谢途径分别是K-5a2的N-脱亚甲基化、2,5-二甲基-4-氰基-苯基的单羟基化、哌啶环的羰基化和K-5a2的多羟基化。对各代谢产物的相对丰度进行对比,推测K-5a2的N-亚甲基为易代谢位点,为后续进行结构优化以延长K-5a2半衰期提供了依据。靶向毗邻位点的双位点HIV-1 NNRTIs的设计、合成及生物学活性评价逆转录酶具有较高的柔性,在HIV-1病毒复制的过程中发生构象变化会形成适合配体结构的新口袋,可作为设计新型HIV-1抑制剂的新位点。结构生物学研究显示,位于NNRTI疏水结合口袋（NNIBP）14.46?处的毗邻位点（NNRTI adjacent site）可作为设计新配体的位点。根据NNRTI毗邻位点的结构特征以及其与NNIBP的空间相对位置,本课题组首次设计合成了能够同时靶向NNIBP和毗邻位点的双位点NNRTIs,并发现了活性较为突出的H7,其对野生株和临床常见突变株的活性均超过了上市药物依曲韦林（ETR）,但抑制双突变株的活性还有待提高。为提高其抗耐药性并进一步探讨构效关系,本论文综合运用基于靶标结构的合理优化及靶向保守型氨基酸、形成氢键作用力等抗耐药性药物设计策略,对深入NNRTI毗邻位点的区域进行活性导向的结构修饰,通过引入可形成广泛氢键作用的磺酰基和酰基,以期与保守性氨基酸Glnl 82形成氢键作用力来提高化合物的抗HIV-1活性,同时对不同类型和长度的Linker进行探讨,共计合成32个结构全新的双位点DAPY类NNRTIs。细胞水平（TZM-bl）的抗病毒活性结果显示,多个化合物对HIV-1 NL4-3病毒株具有纳摩尔水平的抑制活性,Series I中化合物Z4活性较为突出（EC50=2.45 nM,SI＞91）,其活性是对照药物 H7（EC50=3.77nM,SI＞48）的 1.5 倍,并与 ETR 相当（EC50=1.45 nM,SI＞158）。在 MT-4 细胞中,Z4（EC50=5.2 nM）对HIV-1野生株的抑制活性优于NVP（EC50=84 nM）和AZT（EC50=18.3 nM）,并与 H7（EC50=3.7 nM）和 ETR（EC50=3.0 nM）活性相当。同时,Z4（CC50=140 μM,SI=26934）的细胞毒性远低于ETR（CC50＞4.6μM,SI＞1546）,并表现出了极高的选择性指数。在抗耐药株活性测试中,Z4（EC50=10.6 nM）抑制单突变株E138K的活性是H7（EC50=37.3 nM）的3.5倍,与ETR（EC50=9.8 nM）活性相当。此外,化合物Z4抑制逆转录酶的活性（IC50=0.059 μM）远远优于ETR（IC50=0.35 μM）。Series Ⅱ的体外细胞活性还在测试中。基于成“肟”模块反应微量合成与快速筛选技术发现双位点HIV-1 NNRTIs。本论文首次将基于成“肟”模块反应的优势片段组合库构建与快速筛选技术用于靶向NNRTI毗邻位点以发现双位点的HIV-1 NNRTIs。基于DAPY类化合物与逆转录酶的结合模式设计了 2种羟胺片段,并根据HIV-1 RTNNRTI毗邻位点空间电性的适配性要求,遴选了 25种结构多样的端基醛片段,最终以微孔板为反应器皿快速合成了 48个目标化合物,经活性初筛发现3个苗头化合物（A1Q4、A2Q4、A2Q5）,活性与ETR相当或较好。然后,制备经毫克级的三个苗头化合物并经波谱确证结构。经体外细胞水平的抗HIV-1活性筛选发现,A2Q4（EC50=0.0368 μM,SI＞5620）和 A2Q5（EC50=0.0312μM,SI=6364）表现出 了良好的抗HIV-1野生株（ⅢB）的活性,优于上市药物NVP（EC50=0.0840 μM,SI＞113）和AZT（EC50=0.0183 μM,SI＞410）。同时,二者的细胞毒性均低于上市药物 ETR（CC50＞4.5947 μM,SI＞1546）。此外,A2Q4（EC50=0.0247 μM）和A2Q5（EC50=0.0244 μM）对单突变株E138K的活性优于对照药物H7（EC50=0.0373 μM）,并与 AZT（EC50=0.0145 μM）相当。总之,本论文以本课题组在研候选药物K-5a2为研究对象,通过建立适用于测定人肝微粒体孵育体系中K-5a2及其代谢物的LC-MS/MS分析方法,对K-5a2的人肝微粒体孵育样品数据进行处理得到的高分辨质谱进行检测,共发现6种代谢产物,并推测出K-5a2上的N-亚甲基为易代谢位点,为后期对K-5a2进行结构优化来改变其代谢途径提高代谢稳定性,进而延长半衰期提供理论基础。同时,针对HIV-1 NNRTIs耐药性问题,根据HIV-1 RT结构生物学新进展,综合运用靶向保守性氨基酸等抗耐药性药物设计策略、计算机模拟技术以及基于模块化反应的微量合成与快速筛选技术,发现了多个活性突出的抗HIV-1先导物,具有进一步研究的价值。