基于N,N′-二苯脲的SARS-CoV-2 RNA依赖性RNA聚合酶别构抑制剂

《ChemMedChem》：Allosteric Inhibitors of SARS-CoV-2 RNA-Dependent RNA Polymerase Based on N,N′-Diphenylurea

新型SARS-CoV-2 RdRp抑制剂研究。通过结构优化合成了27个衍生物，其中7个水溶性提升至＞10 μM，9个RA＜50%（最优者RA=34%）。分子对接证实抑制剂与Nsp12口袋结合，揭示了Allosteric抑制机制。细胞毒性显示需进一步优化选择性指数。

　　SARS-CoV-2，即导致新冠疫情的新冠病毒，因其高度传染性而成为全球关注的焦点。尽管已有部分小分子抗病毒药物获得FDA批准，如molnupiravir和remdesivir，但这些药物仍存在溶解度低和细胞毒性高的问题。为了克服这些局限性，研究人员开发了一种基于N,N'-二苯基脲骨架的新类RdRp（RNA依赖性RNA聚合酶）抑制剂，以改善其溶解性和减少毒性。本文介绍了27种新的衍生物的设计、合成与评估，旨在通过有针对性的结构修饰，提高其水溶性并降低细胞毒性。

在药物研发中，抗病毒药物的目标是关键的病毒酶，如RdRp，它是病毒复制过程中不可或缺的酶，且在人类中不存在。RdRp抑制剂主要分为两种类型：催化位点抑制剂和变构抑制剂。催化位点抑制剂如favipiravir、remdesivir和molnupiravir已被广泛研究，但它们的抗病毒效果受到RdRp的校对活性的影响。相比之下，变构抑制剂尚未成功应用于SARS-CoV-2，因此寻找有效的变构抑制剂成为当前研究的重点。

研究人员之前已经发现了一种具有潜在变构抑制作用的化合物，其在酶活性实验中表现出45%的残余活性（RA）。这种化合物的结构被认为可以与电子相似的结构（如2,2'-双咪唑和（1H-苯并咪唑-2-基）脲）进行互换，从而保持其抑制活性。然而，这些化合物在细胞实验中表现出高细胞毒性和低溶解性，因此需要进一步的结构优化。

为了改善溶解性，研究人员采用了多种策略，包括扭曲分子平面性、引入杂芳香环、添加溶剂化功能团和引入可质子化基团。这些策略旨在破坏分子的紧密堆积，提高其在水中的溶解能力。通过系统地探索这些结构策略，研究团队合成了27种新的化合物，并评估了它们的溶解性、抗病毒活性和细胞毒性。

在合成过程中，研究团队首先通过将异氰酸酯与相应的苯胺反应，合成了带有扭曲平面性和杂芳香环的化合物。此外，他们还通过引入羧酰胺基团和可质子化基团，进一步优化了化合物的溶解性。例如，通过将芳香环替换为含杂原子的环状结构，可以有效提高分子的水溶性。这些化合物的合成涉及多个步骤，包括保护和去保护基团、还原反应以及与异氰酸酯的偶联反应。

在生物活性评估中，研究团队发现，分子平面性的扭曲和杂芳香环的引入对RdRp的抑制活性有显著影响。例如，化合物13（带有p-三氟甲基基团）表现出比母体化合物1更高的抑制活性（34% RA），而化合物16、17和19的引入则导致活性显著下降。这些结果表明，分子结构的细微变化可能对药物活性产生重要影响。此外，引入溶剂化功能团（如羧酰胺基团）的化合物，如24、25和28，表现出较高的水溶性，但其抗病毒活性有所下降。

研究还发现，化合物的溶剂化基团在某些位置可以形成额外的氢键，从而提高其活性。例如，化合物39（带有二甲基哌嗪基团）在酶活性实验中表现出36%的RA，且其水溶性显著高于母体化合物1（45% RA）。这些发现表明，化合物的结构设计需要在保持活性的同时，提高其溶解性和降低毒性。

尽管这些新化合物在水溶性和活性方面有所改进，但细胞毒性仍然是一个主要的限制因素。所有测试的化合物在细胞实验中均表现出与抗病毒效果相当的细胞毒性，这表明需要进一步的结构优化以提高其选择性指数。为此，研究团队继续探索新的结构修饰，以找到在保持活性的同时，降低细胞毒性的平衡点。

在进一步的分子对接和分子动力学模拟中，研究团队发现这些化合物可能与RdRp的NiRAN结构域结合，而非主要催化位点。NiRAN结构域具有鸟苷转移酶功能，与蛋白激酶类似，其结合口袋可以容纳NTPs。这一发现为理解化合物的作用机制提供了新的视角，并为进一步优化药物设计提供了指导。

研究团队还尝试了多种新的合成方法，包括引入不同的胺类基团和进行不同类型的反应。例如，通过将2-甲氧基乙胺与异氰酸酯偶联，合成了化合物58和59。此外，通过将不同的胺类基团与异氰酸酯偶联，合成了多个新化合物，如61、62、64、67-70等。这些化合物的合成过程涉及多个步骤，包括保护基团的引入、还原反应和偶联反应。

在生物活性评估中，研究团队发现，引入不同的溶剂化基团对化合物的活性和溶解性有显著影响。例如，化合物58和61表现出较高的水溶性，但其活性相对较低。相比之下，化合物61在保持较高活性的同时，表现出更好的溶解性。这些结果表明，通过调整溶剂化基团的位置和类型，可以在活性和溶解性之间找到最佳平衡。

研究团队还发现，某些化合物在水中的稳定性存在问题，例如化合物64容易发生水解，这可能影响其溶解性测量的准确性。因此，他们对这些化合物进行了进一步的优化，以提高其稳定性。

总的来说，本文详细描述了新型SARS-CoV-2 RdRp抑制剂的设计、合成和评估过程，强调了结构修饰在提高水溶性和降低细胞毒性中的重要性。研究团队通过系统的结构优化，成功合成了多种具有改善特性的化合物，并提供了详细的实验数据和结构-活性关系分析。这些成果为开发更有效的抗病毒药物提供了重要的理论基础和实践指导。