新型吲哚-四唑衍生物的合成及其作为HIV双重抑制剂的抗病毒活性与分子对接研究

《European Journal of Medicinal Chemistry》：New 3-[(tetrazol-5-yl)methine-N-benzylamine)]-1H-indole derivatives: Synthesis, anti-HIV activity and molecular docking studies

本文推荐研究人员针对HIV耐药株频现、现有疗法无法根治的难题，开展了新型3-[(四唑-5-基)甲烯-N-苄胺)]-1H-吲哚衍生物的合成及抗HIV活性研究。通过Ugi四组分一锅法合成16种化合物，其中10e、10i等表现出纳摩尔级抗病毒活性（IC50低至10.6 nM），且对野生型病毒具有双重抑制（病毒附着与逆转录阶段）。分子对接揭示其与gp120的TRP427等关键残基结合，为开发新型抗HIV药物提供了先导化合物。

　　

在全球艾滋病防治形势依然严峻的背景下，人类免疫缺陷病毒（HIV）的耐药性问题日益凸显。尽管高效抗逆转录病毒疗法（HAART）能有效控制病情，但无法清除病毒储存库，且病毒易产生耐药突变。因此，研发具有新作用机制、能对抗耐药株的新型抗HIV药物成为当务之急。自然界存在的色氨酸及其衍生物吲哚类化合物，在HIV与结核分枝杆菌共感染患者体内，其代谢会消耗T淋巴细胞必需的微量营养素，干扰免疫细胞增殖与功能，加速免疫系统衰退。此外，HIV通过其包膜糖蛋白gp120与宿主CD4⁺ T细胞受体结合，启动病毒感染过程，这一病毒附着阶段以及随后的逆转录（RT）阶段，成为抗HIV药物研发的两个关键靶点。已有研究表明，含3-吲哚结构的化合物能够干扰病毒附着、逆转录酶及整合酶的功能。基于此，研究人员设计并合成了一系列结构新颖的3-[(四唑-5-基)甲烯-N-苄胺)]-1H-吲哚衍生物，旨在探索其作为潜在双重抑制剂的抗HIV活性，相关成果发表在《European Journal of Medicinal Chemistry》上。

为开展此项研究，作者主要运用了以下关键技术方法：采用Ugi四组分反应（Ugi-4CR）一锅法合成目标化合物；通过Luciferase报告基因法在TZM-bl细胞系上评估化合物对HIV-1亚型B（NL4.3）病毒的抑制活性（IC₅₀）及细胞毒性（CC₅₀）；利用时间加入实验（TOA）初步判断化合物作用阶段；通过HIV逆转录酶（RT）酶联免疫吸附试验（ELISA）和HIV gp120 ELISA实验验证其对RT酶和病毒进入的抑制作用；针对RT突变病毒株（V241I, I257V, P272K, E297K）进行活性评价；采用Schr?dinger软件进行分子对接和分子动力学（MD）模拟，预测化合物与靶点（gp120 PDB: 4RZ8; RT PDB: 2RF2）的结合模式与稳定性；利用QikProp模块进行计算机模拟ADME（吸收、分布、代谢、排泄）性质预测。

2.1. 化学合成

研究人员以市售的吲哚-3-甲醛为起始原料，通过与不同的苄胺衍生物、异腈（环己基异腈或叔丁基异腈）和叠氮三甲基硅烷（TMSN_{33、OCF3、F、Cl、Br）和3,4-二卤代基团，旨在研究结构修饰对活性的影响。所有化合物均通过高分辨质谱（HRMS）、红外光谱（IR）、一维和二维核磁共振（1D- and 2D-NMR）进行了结构确证。}

2.2. 生物学评价

2.2.1. 抗病毒活性和细胞毒性评估

初步筛选显示，在20 μM浓度下，大部分化合物对HIV-1具有大于50%的抑制率。其中，10个化合物（10b-c, 10e, 10i-j, 10l-p）表现出强效抗病毒活性，IC₅₀值范围在0.0106 μM至19.2 μM之间，且无细胞毒性（CC₅₀ > 100 μM）。特别值得注意的是，化合物10e (IC₅₀ = 39 ± 5 nM)、10i (IC₅₀ = 10.6 ± 0.1 nM) 和10n (IC₅₀ = 88 ± 7.5 nM)的活性优于对照药齐多夫定（AZT），其中10e和10i的活性分别是AZT的2.3倍和8.3倍。细胞毒性实验表明，12个化合物在未感染的TZM-bl细胞上显示出大于50%的细胞存活率和CC₅₀值大于100 μM。六个活性最强的化合物的选择性指数（SI）均大于8000，表明其具有潜在可接受的安全性。总体而言，含叔丁基的四唑类化合物通常比其环己基类似物活性更高、细胞毒性更低。含氟原子的化合物在两组系列中大多表现出更优的活性。

2.2.2. 时间加入实验

为探究化合物作用机制，研究人员对活性较好的10i和10o进行了时间加入实验。结果表明，化合物10i在感染后1-3小时（与病毒附着阶段重合）表现出100%抑制，在5-20小时保持约50%抑制，提示其主要作用于病毒附着阶段。而化合物10o在1-3小时表现出100%抑制，在5小时抑制率为80%，6-20小时抑制率低于50%，表明其可能具有抑制病毒附着和逆转录的双重活性。

2.2.3. HIV逆转录酶和糖蛋白120酶抑制实验

为验证时间加入实验的结果，研究人员进一步进行了HIV RT酶和gp120抑制实验。RT酶抑制实验显示，10i和10o分别抑制了40.68%和50.88%的RT活性，证实了它们对逆转录阶段有一定抑制作用。gp120 ELISA实验则表明，10i和10o能够抑制病毒进入，其抑制效果与对照药物TAK-779和AMD-3100相当，提示它们可能通过阻断宿主细胞CCR5和CXCR4受体来抑制病毒进入。

2.2.4. 逆转录酶突变株抑制实验

针对RT突变病毒株（V241I, I257V, P272K, E297K）的测试显示，10i和10o对这些突变株的抑制效果为中度至无，但对野生型病毒（NL4.3）仍保持活性，这表明其抗病毒活性可能对特定的RT突变敏感。

3. 计算机模拟研究

3.1. 预测的ADME性质

利用Schr?dinger的Qikprop工具对合成化合物的类药性和ADME性质进行了预测。大多数化合物表现出良好的药物类似性质，但化合物10e、10f和10i由于相对较高的亲脂性，违反了利平斯基五规则（Lipinski's rule of five）。

3.2. 分子对接研究

分子对接研究揭示了化合物与HIV gp120（PDB: 4RZ8）和逆转录酶（PDB: 2RF2）的潜在结合模式。针对gp120，化合物10e、10i和10n显示出比AZT、马拉维罗和替姆沙韦更好的对接分数，并与TRP427、GLY473、ASP368等关键氨基酸残基存在相互作用。针对RT，所有化合物的对接分数均高于AZT和依曲韦林，部分化合物甚至高于奈韦拉平。对接结果与实验观察到的活性数据相吻合。

3.3. 分子动力学模拟

对化合物与gp120复合物进行的100纳秒分子动力学模拟表明，所有复合物的平均均方根偏差（RMSD）值均低于3.0 ?，表明系统在模拟过程中收敛且复合物结构稳定。均方根波动（RMSF）分析显示了蛋白质C-α原子的灵活性，特别是在残基索引150附近波动较大。

4. 结论

本研究通过Ugi四组分反应成功合成了一系列新型的3-[(四唑-5-基)甲烯-N-苄胺)]-1H-吲哚衍生物。体外抗HIV活性评价发现多个化合物具有纳摩尔级别的抑制活性，且选择性指数高，毒性低。机制研究表明，先导化合物10i和10o能够双重抑制HIV病毒的附着和逆转录阶段。计算机模拟研究揭示了化合物与靶点的结合模式，并预测了其ADME性质。该研究确立了这些吲哚-四唑类化合物作为有潜力的病毒附着和逆转录酶双重抑制剂，为后续基于“先导化合物优化”策略开发新型抗HIV药物提供了有价值的起点。未来的研究需要包括针对HIV病毒储存库、其他耐药病毒形式的评估以及体内小鼠模型实验。