新型喹诺酮类磺酰基苯甲酰胺衍生物作为HIV-1抑制剂的合理设计、合成与评价

《Journal of Medicinal Chemistry》：Sulfanylbenzamides with Unique Side Chains to Improve Metabolic Stability, Pharmacokinetics, and Anti-HIV Activity

本文报道了基于先导化合物nipamovir（4）的结构优化，通过引入喹诺酮结构单元，设计合成了一系列新型磺酰基苯甲酰胺衍生物。研究旨在提高抗HIV-1活性并改善代谢稳定性。重点评估了化合物对HIV-1多种毒株的抑制活性、细胞毒性、血液稳定性、细胞色素P450抑制性及药代动力学特性。其中，化合物8（含二氟苯并二氧戊环基团）展现出优异的抗病毒活性（EC50在低微摩尔范围）、低细胞毒性、显著改善的血液稳定性及对CYP3A4的弱抑制作用。大鼠体内药代动力学研究表明，化合物8经肌肉注射后可缓慢释放活性硫醇（24），并在全血中维持较高浓度，为开发长效抗HIV药物提供了有前景的候选分子。

　　

引言

人类免疫缺陷病毒1型（HIV-1）感染仍然是全球性的重大公共卫生挑战。尽管高效抗逆转录病毒疗法（HAART）的应用已显著改善患者预后，但病毒耐药性、药物毒性及长期用药的依从性问题促使科研人员持续探索具有新作用机制和改善药代动力学特性的新型抗病毒药物。磺酰基苯甲酰胺类化合物代表了一类具有潜力的HIV-1抑制剂，其先导化合物nipamovir（4）通过干扰病毒衣壳组装发挥抗病毒作用。然而，化合物4在体内易被代谢甲基化失活，且口服生物利用度有限，限制了其临床应用。本研究旨在通过对化合物4进行系统的结构修饰，特别是引入喹诺酮药效团，以优化其抗病毒效力、代谢稳定性及药代动力学性质。

结果与讨论

喹诺酮类磺酰基苯甲酰胺衍生物的设计与合成

研究团队基于结构-活性关系（SAR）分析，将注意力集中于先导化合物4的左侧苯环区域。该区域被认为可与HIV-1衣壳蛋白发生关键相互作用。为此，设计并合成了两个系列的喹诺酮类衍生物：4-喹诺酮-3-甲酰胺系列（9a-h, 10a-h）和4-喹诺酮-3-羰基系列（20a-p）。合成路线以Meldrum酸与相应苯胺的缩合环化反应为关键步骤，构建喹诺酮核心骨架，随后通过烷基化、Boc保护基操作及酰胺偶联反应引入含有酯酶敏感或硝基咪唑前药基团的侧链。所有终产物均通过核磁共振（NMR）和高分辨质谱（HRMS）进行了结构确证，并采用高效液相色谱（HPLC）验证其纯度均高于95%。

抗HIV-1活性与细胞毒性评价

在CEM-SS细胞系和人工外周血单核细胞（hPBMCs）中评估了目标化合物对HIV-1_RF株及其他临床分离株的抗病毒活性（EC₅₀）和细胞毒性（TC₅₀）。结果表明，多数喹诺酮类衍生物保持了亚微摩尔级别的抗病毒活性。特别值得注意的是，在4-喹诺酮-3-羰基系列中，连接子末端的取代基对活性有显著影响。例如，含有（6-甲基吡啶-2-基）甲基胺片段的化合物20o和20p表现出优异的活性（EC₅₀分别为0.48 ± 0.01 μM和0.60 ± 0.32 μM）和较高的治疗指数（TI > 167）。相比之下，简单的烷基胺或哌嗪取代则导致活性下降。这提示末端的芳香环可能通过额外的相互作用（如π-π堆积或氢键）增强了与靶点的结合。所有活性化合物在测试浓度下均未显示出明显的细胞毒性（TC₅₀> 100 μM），表明该类化合物具有较好的安全性。

前药策略与代谢稳定性研究

为解决先导化合物4体内易甲基化失活的问题，研究采用了两种前药策略：酯酶敏感性前药（如10h, 20h, 20o）和谷胱甘肽（GSH）敏感性硝基咪唑前药（如11a, 21a, 21b）。细胞水平活性测试显示，硝基咪唑前药在无外加GSH时活性较弱甚至无活性，而在添加GSH后活性显著恢复，证实了其前药特性。血液稳定性实验是本研究的关键环节。将代表性硝基咪唑前药21b与化合物4在多种物种（小鼠、犬、猴、人）全血中共同孵育，监测其半衰期。结果令人鼓舞：21b在所有测试物种中的稳定性均显著优于4，其半衰期延长了4至11倍。进一步直接比较游离硫醇形式22（来自21b）和2（来自4）的代谢命运发现，硫醇22在血液中形成无活性甲基化代谢物23的速率远低于2形成5的速率，尤其是在人和猴血液中。这表明通过结构修饰（引入苯并二氧戊环），成功提高了活性硫醇对代谢甲基化的抵抗能力。

细胞色素P450抑制性评估

考虑到苯并二氧戊环结构可能存在的药物-药物相互作用风险，特别是对细胞色素P450（CYP450）酶系的抑制，研究团队对化合物23（硫醇22的甲基化代谢物）进行了CYP抑制谱筛选。结果显示，23对大多数CYP亚型（1A2, 2B6, 2C8, 2C9, 2C19, 2D6）无抑制或抑制很弱，但对主要代谢酶CYP3A4表现出时间依赖性抑制（TDI），这构成了潜在的安全隐患。为规避此风险，团队合成了在亚甲基上引入偕二氟取代的类似物7和8（对应硫醇为24，甲基化代谢物为25）。CYP抑制测试表明，代谢物25对CYP3A4的抑制活性明显弱于23，证明偕二氟取代是降低CYP抑制的有效策略。

优选化合物的体外与体内药代动力学特征

综合抗病毒活性、代谢稳定性和CYP抑制性数据，化合物8被选作进行深入临床前评价的候选分子。体外活性证实，其活性硫醇形式24对多种HIV-1毒株（包括X4、R5及双嗜性毒株）均具有抑制活性。在大鼠（Sprague-Dawley rats）体内的药代动力学研究中，静脉注射（5 mg/kg和20 mg/kg）和肌肉注射（3, 10, 30 mg/kg）8后，监测了前药8、活性硫醇24及无活性甲基化代谢物25在血浆和全血中的浓度-时间曲线。静脉给药后，8清除快，分布容积大，但活性硫醇24在20 mg/kg剂量下能在全血中达到较高浓度（C_max~ 8.48-10.48 μM），且其暴露量（AUC）远高于代谢物25，表明24在体内的稳定性得到改善。口服给药（10和100 mg/kg）未检测到显著的系统暴露，可能与化合物较高的脂溶性有关。然而，肌肉注射展现了令人满意的药代动力学特征：8、24和25均能缓慢释放入血，在全血中的浓度显著高于血浆，提示活性分子24可能与血液中的细胞成分（如淋巴细胞）有较高的亲和力，这可能有利于其靶向HIV病毒库。活性成分24在不同剂量肌肉注射后均能维持较长时间的有效浓度，显示出长效给药的潜力。

结论

本研究成功设计并合成了一系列结构新颖的喹诺酮类磺酰基苯甲酰胺衍生物作为有效的HIV-1抑制剂。通过合理的结构优化，特别是引入喹诺酮环和苯并二氧戊环（并采用偕二氟取代策略），显著改善了先导化合物的抗病毒活性和代谢稳定性。优选化合物8及其释放的活性硫醇24在体外对多种HIV-1毒株表现出强效抑制活性，且细胞毒性低。重要的是，24对代谢甲基化表现出更强的抵抗能力，且其甲基化代谢物25的CYP450抑制潜力降低。大鼠体内的药代动力学研究证实，化合物8经肌肉注射后能缓慢释放活性成分24，并在全血中维持较长时间的有效浓度。这些优异的体外和体内特性表明，化合物8是值得进一步开发用于治疗HIV-1感染的有前景的长效候选药物，为克服现有磺酰基苯甲酰胺类化合物的代谢缺陷提供了有效的解决方案。