2-氨基-3-芳基-4-甲基-噻唑衍生物作为广谱抗鼻病毒药物

《European Journal of Medicinal Chemistry》：2-Amido-3-aryl-4-methyl-thiazole derivatives as broad-spectrum anti-rhinoviral agents

本研究设计合成了2-氨基-3-芳基-4-甲基噻唑类衍生物，评估其对PI4KIIIβ的选择性抑制作用，发现化合物2e和2f对A、B型呼吸道合胞病毒及多种柯萨奇病毒株表现出强效抗病毒活性，低细胞毒性，高代谢稳定性和良好药代动力学特性，为开发新型广谱抗病毒药物提供了候选化合物。

　　人类鼻病毒（Rhinoviruses, RVs）是导致呼吸道感染的主要病原体之一，尤其是上呼吸道感染。它们与慢性呼吸道疾病如哮喘和慢性阻塞性肺病（COPD）的发生密切相关。尽管RVs在临床和公共卫生领域具有显著的负担，且其基因多样性涉及超过160种血清型，但目前尚无针对RV感染的有效抗病毒治疗手段。这一现状主要是由于病毒衣壳的快速进化以及血清型特异性免疫反应的限制，使得开发直接作用的抗病毒药物变得困难重重。因此，科学家们开始关注那些可以靶向宿主细胞机制的替代策略，以应对病毒复制过程中的关键环节。

在众多宿主靶点中，磷脂酰肌醇4-激酶IIIβ（Phosphatidylinositol 4-kinase IIIβ, PI4KIIIβ）被认为是一个具有潜力的靶标。PI4KIIIβ是一种脂质激酶，能够催化生成磷脂酰肌醇4-磷酸（Phosphatidylinositol 4-phosphate, PI4P），这是一种在病毒感染期间被重新编程的细胞膜结构中的关键磷脂。在RV感染的细胞中，富含PI4P的膜结构充当了病毒复制的平台，帮助病毒蛋白如3A的招募，从而促进复制复合体的形成。因此，通过抑制PI4KIIIβ来干扰这一过程，为开发新型抗病毒药物提供了新的思路。

PI4KIIIβ作为宿主靶点的优势在于，它参与了多种正链RNA病毒的复制过程，包括RVs。与针对病毒本身的抑制剂相比，宿主靶向药物能够降低病毒对药物产生抗性的可能性，因为这些药物作用于的是宿主细胞的保守机制，而不是病毒特异性蛋白。这种特性使得PI4KIIIβ成为一个理想的靶标，特别是在开发广谱抗病毒药物方面。然而，尽管PI4KIIIβ在抗病毒研究中显示出巨大潜力，其抑制剂的开发仍然面临诸多挑战，包括选择性不足、细胞毒性以及药代动力学特性不佳等问题。

近年来，科学家们已经开发出多种能够调节PI4KIIIβ活性的小分子化合物，例如enviroxime、PIK-93、T-00127-HEV1和BF738735等。这些化合物为PI4KIIIβ作为抗病毒靶点提供了初步验证。然而，这些物质在临床转化过程中受到限制，主要原因是它们在代谢稳定性、选择性和药代动力学特性方面存在不足。因此，研究者们持续探索新的PI4KIIIβ抑制剂，以优化其抗病毒活性和药代动力学特性。

在这一背景下，我们的研究团队致力于开发结构独特的PI4KIIIβ抑制剂。在最近的一项研究中，我们描述了一类基于吡唑并嘧啶结构的化合物，这些化合物能够有效抑制PI4KIIIβ，并对RV-A和RV-B血清型展现出广泛的抗病毒效果，同时具备良好的药代动力学特性。然而，这些化合物在肝微粒体代谢稳定性方面的表现不佳，限制了它们作为药物候选物的进一步开发。

为了克服这一局限，我们进行了一项研究，旨在对噻唑酰胺结构进行合理的修饰。我们的策略是通过将代谢不稳定的磺酰胺基团替换为更稳定的酰胺键，并引入多样化的取代基，以提高化合物的代谢稳定性。同时，我们对电子效应和可代谢基团的阻断进行了调控，以设计出兼具高抗病毒活性和良好代谢特性的新化合物。最终，我们合成了新的PI4KIIIβ抑制剂系列2-4，并对其进行了系统的生物活性评估，以验证其作为新型宿主靶向抗病毒药物的潜力。

在本研究中，化合物2e和2f被发现对RV-A和RV-B血清型具有显著的抑制活性，其半数有效浓度（EC50）范围为0.06–0.843 μM。同时，这些化合物表现出较低的细胞毒性，其半数致死浓度（CC50）均大于或等于100 μM，显示出较高的选择性指数。此外，2e和2f还表现出对多种柯萨奇病毒的亚微摩尔级抑制活性，进一步拓展了其抗病毒谱。值得注意的是，这些化合物对RV-C15血清型也保持了较高的抑制活性，EC50分别为0.118和0.059 μM。这表明2e和2f不仅对RV-A和RV-B有效，还对RV-C15表现出良好的作用。

通过分子动力学模拟，我们发现2e和2f能够通过氢键作用与PI4KIIIβ中的赖氨酸549（Lys549）和异亮氨酸595（Ile595）稳定结合，并通过疏水相互作用与异亮氨酸547（Ile547）、缬氨酸598（Val598）等残基形成稳定的结合模式。这种结合模式不仅增强了它们对PI4KIIIβ的抑制能力，还确保了其对PI4KIIIα的相对选择性。实验结果显示，2e和2f对PI4KIIIβ的抑制作用显著强于对PI4KIIIα的抑制，这表明它们能够特异性地作用于病毒所需的宿主靶点，而不会对正常细胞功能造成严重影响。

在体外肝微粒体代谢稳定性测试中，2e和2f表现出中等水平的代谢稳定性，这在一定程度上表明它们在体内具有一定的半衰期。此外，通过在大鼠中的药代动力学研究，我们发现2e和2f具有良好的药代特性，包括较长的半衰期、较高的口服生物利用度（2e的口服生物利用度为52.4%）以及持续的血浆暴露。这些特性为它们在体内维持足够浓度以发挥抗病毒作用提供了保障。

通过这些研究，我们发现化合物2e（KR-27452）在抗RV活性、选择性和代谢稳定性方面均表现出优异的性能，使其成为开发新一代广谱抗RV药物的有希望的先导化合物。这一发现不仅为抗病毒药物的设计提供了新的思路，也为理解RV感染机制和宿主-病毒相互作用提供了重要的基础。此外，它还为未来的研究方向提供了启示，例如进一步优化化合物结构以提高其抗病毒效果和药代动力学特性，以及探索其在临床前研究中的应用潜力。

在合成方法方面，我们采用了一种系统的方法来合成目标化合物2a-n（见方案3）。该合成路线以商业可得的5-溴-4-甲基噻唑-2-胺（化合物5）和2-苯基乙酸为起始原料，在HATU的催化作用下进行酸-胺偶联反应，生成关键的噻唑中间体6。随后，我们通过两种不同的方法平行合成了多个硼酸酯化合物9a-i。这些方法的优化不仅提高了合成效率，还确保了产物的纯度和结构多样性。通过调整取代基的种类和位置，我们成功地设计并合成了具有不同生物活性的化合物，为后续的生物评价提供了丰富的材料。

在生物评价过程中，我们对化合物2e和2f进行了全面的测试，包括抗病毒活性、细胞毒性、选择性指数以及代谢稳定性等。实验结果表明，这些化合物在体外实验中对RV-A、RV-B和RV-C15血清型均表现出良好的抑制效果，同时对宿主细胞的毒性较低。此外，它们对PI4KIIIβ的抑制作用显著强于对PI4KIIIα的抑制，这进一步验证了其作为宿主靶向药物的潜力。在药代动力学研究中，我们发现这些化合物在大鼠体内具有较长的半衰期和较高的口服生物利用度，表明它们在体内具有良好的稳定性，为后续的动物实验和临床前研究奠定了基础。

综上所述，本研究不仅揭示了新型PI4KIIIβ抑制剂的结构与活性之间的关系，还为开发广谱抗RV药物提供了重要的实验依据。化合物2e和2f在抗病毒活性、选择性和代谢稳定性方面均表现出优异的性能，使其成为下一代抗RV药物开发的有希望候选。这些发现不仅拓展了我们对RV感染机制的理解，也为未来的抗病毒研究提供了新的方向和工具。此外，它们的成功开发也表明，通过合理设计和修饰宿主靶向药物的结构，可以有效提高其在体内的稳定性和生物利用度，从而增强其作为抗病毒药物的潜力。

在这一研究过程中，我们还注意到，某些取代基的引入可能会影响化合物的代谢稳定性。例如，引入三级酰胺或芳香族取代基可以增强化合物的抗病毒活性，而某些环状酰胺则可能降低其活性。这表明，在设计新的PI4KIIIβ抑制剂时，需要对取代基的类型和位置进行精细调控，以平衡其抗病毒效果和代谢特性。此外，降低化合物的脂溶性通常会导致其抗病毒活性的下降，但2e和2f在这一方面仍然保持了较高的活性，说明它们的结构设计在一定程度上克服了这一局限。

在药代动力学研究中，我们还发现，化合物2e和2f在大鼠体内的半衰期较长，且口服生物利用度较高，这表明它们在体内能够维持较长时间的有效浓度，从而降低给药频率，提高治疗的便利性。这些特性对于开发长效抗病毒药物具有重要意义，尤其是在临床应用中，需要考虑药物的半衰期和给药方式。此外，持续的血浆暴露也表明，这些化合物能够在体内维持稳定的药物浓度，从而提高其治疗效果。

在细胞毒性方面，2e和2f表现出较低的细胞毒性，其半数致死浓度均高于100 μM，表明它们对宿主细胞的毒性较小，具有较高的安全性。这一特性对于药物的临床转化至关重要，因为高细胞毒性可能导致严重的副作用，限制其在人体中的应用。因此，2e和2f的低细胞毒性为它们作为抗病毒药物提供了重要的支持。

此外，我们还发现，化合物2e和2f在体外实验中能够显著减少感染性病毒颗粒的产生，这在斑块形成实验中得到了验证。这一结果表明，这些化合物不仅能够抑制病毒复制的关键步骤，还能够有效降低病毒在体内的传播能力，从而发挥更全面的抗病毒作用。这一发现进一步支持了它们作为宿主靶向药物的潜力。

在分子动力学模拟中，我们发现2e和2f能够通过氢键作用与PI4KIIIβ中的关键残基形成稳定的结合，同时通过疏水相互作用增强其结合亲和力。这种结合模式不仅提高了它们的抑制效率，还确保了其对宿主细胞中其他类似激酶的相对选择性。这一特性对于减少药物的副作用和提高治疗效果具有重要意义。

总的来说，本研究的成果表明，通过合理的结构设计和修饰，可以开发出具有高抗病毒活性、良好选择性和代谢稳定性的新型PI4KIIIβ抑制剂。化合物2e和2f在这些方面表现出优异的性能，为开发新一代广谱抗RV药物提供了重要的实验依据。此外，这些化合物的成功开发也表明，宿主靶向药物在抗病毒治疗中的潜力巨大，值得进一步探索和优化。未来的研究可以聚焦于进一步提高这些化合物的代谢稳定性，探索其在动物模型中的抗病毒效果，并评估其在人体中的安全性与有效性，以推动其向临床应用的发展。