基于骨架跃迁策略的新型呋喃并[3,2-d]嘧啶类NNRTIs的发现：兼具强效抗病毒活性、高选择性及低hERG毒性

《Acta Pharmaceutica Sinica B》：Scaffold hopping yields novel furo[3,2- d]pyrimidine NNRTIs with optimized antiviral potency, enhanced selectivity, and reduced hERG liability

本研究针对利匹韦林(RPV)虽具强效抗HIV-1活性但存在显著hERG钾通道抑制(IC50= 0.50 μmol/L)及潜在心脏毒性问题，通过骨架跃迁策略合理设计了一系列新型呋喃并[3,2-d]嘧啶衍生物。其中化合物10展现出卓越的广谱抗病毒活性(EC50= 1.9–46.3 nmol/L)，hERG抑制性显著降低(IC50> 30 μmol/L)，且对CYP酶抑制轻微，药代动力学性质改善，为HIV-1治疗提供了前景广阔的候选NNRTI。

　　

人类免疫缺陷病毒1型(HIV-1)是获得性免疫缺陷综合征(艾滋病)的病原体，其逆转录酶(RT)是抗病毒药物研发的关键靶点。非核苷类逆转录酶抑制剂(NNRTI)通过结合RT的变构口袋(NNIBP)有效抑制病毒复制。第二代NNRTIs如依曲韦林(ETR)和利匹韦林(RPV)对常见耐药突变株具有较高屏障，但RPV存在显著缺陷：它对hERG钾通道的强效抑制(IC₅₀= 0.50 μmol/L)可能导致QT间期延长，增加致命性心律失常风险，且其选择性指数(SI = 3989)相对较低，细胞毒性(CC₅₀= 4.0 μmol/L)和药物-药物相互作用(DDI)风险限制了其临床应用。因此，开发兼具强效抗病毒活性、高安全性和良好药代动力学特性的新型NNRTIs是当前研究的迫切需求。

为解决上述问题，复旦大学陈芬儿院士团队在《Acta Pharmaceutica Sinica B》上发表了最新研究成果。研究团队采用骨架跃迁策略，以RPV为先导化合物，将其氰乙烯基替换为联苯模拟物，设计并合成了一系列新型呋喃并[3,2-d]嘧啶衍生物。该策略旨在保持二芳基嘧啶(DAPY)衍生物固有灵活性的同时，通过破坏平面构象优化药物性质。

研究人员综合运用了化学合成、体外抗病毒活性筛选、细胞毒性评估、酶抑制试验、分子对接与动力学模拟、hERG通道抑制检测、细胞色素P450(CYP)酶抑制评估以及大鼠体内药代动力学研究等关键技术方法。其中，抗病毒活性在MT-4细胞系中针对野生型(WT)和多种耐药突变HIV-1毒株进行测定；分子模拟基于HIV-1 RT的晶体结构(如PDB: 6C0N, 2ZD1)；药代动力学研究在斯普拉格-达利(SD)大鼠模型中进行。

2.2. 体外HIV-1抑制活性和细胞毒性

初步筛选的35个化合物中，多数对野生型HIV-1(IIIB)和双突变株K103N+Y181C(RES056)表现出纳摩尔级别的抑制活性。构效关系(SAR)分析表明，右侧翼引入亲水基团有利于抗病毒活性，而疏水基团则效果不佳。特别值得注意的是，用修饰后的对氰基苯胺片段替代哌啶环得到的化合物9和10，不仅对野生型(EC₅₀分别为4.5和1.9 nmol/L)和RES056株(EC₅₀分别为24.3和46.3 nmol/L)保持了强效抑制活性，与ETR和RPV相当，而且展现出极低的细胞毒性(CC₅₀分别为275.4和314.8 μmol/L)和极高的选择性指数(SI分别为60,898和161,580)。

2.3. 代表性化合物对HIV-1突变株的抑制活性

针对一系列NNRTI耐药突变株的进一步评估显示，化合物10表现出优异的广谱抗病毒特性。它对最流行的单突变株K103N(EC₅₀= 4.1 nmol/L)和与RPV治疗失败相关的E138K株(EC₅₀= 6.6 nmol/L)活性突出，对Y188L(EC₅₀= 15.5 nmol/L)和F227L+V106A双突变株(EC₅₀= 8.7 nmol/L)的抑制活性显著优于RPV(EC₅₀分别为79.4和81.6 nmol/L)。其耐药倍数(RF)普遍较低，表明其对耐药突变具有更强的适应性。

2.4. 体外对WT HIV-1 RT的抑制活性

所有目标化合物均显示出对野生型HIV-1 RT的抑制活性(IC₅₀= 0.050–0.810 μmol/L)，优于奈韦拉平(NVP)，证实它们通过结合NNIBP发挥NNRTI作用。

2.5. 分子对接分析

化合物10与RT的对接模式显示其采用经典的“U”形构象嵌入NNIBP。呋喃并[3,2-d]嘧啶中心环与K101残基形成氢键，联苯片段与W229和Y188存在π-π堆积作用。在F227L+V106A突变株中，10还能与K101形成盐桥，这解释了其对该突变株保持高效的原因。

2.6. 分子动力学模拟

100 ns的分子动力学模拟表明，10与WT HIV-1 RT(PDB: 2ZD1)形成的复合物结构稳定(蛋白质-配体RMSD < 3 ?)。K101与10的NH连接子之间近乎100%的模拟时间内存在氢键，与嘧啶骨架N1原子的氢键维持约85%的时间，这些关键相互作用稳定了复合物。

2.7. 10对hERG活性的影响

在CHO-hERG细胞模型中，化合物10对hERG钾通道的抑制活性极低(IC₅₀> 30 μmol/L)，远低于阳性对照药西沙必利(IC₅₀= 0.04 μmol/L)和RPV，表明其心脏毒性风险显著降低。

2.8. 10对CYP酶抑制活性的影响

化合物10对六种主要CYP同工酶(CYP1A2, 2C19, 2C9, 2D6, 3A4-M, 3A4-T)的抑制活性微弱(IC₅₀均 > 22.7 μmol/L，多数 > 50 μmol/L)，远低于RPV和ETR，提示其引起临床DDI的风险较低。

2.9. 体内药代动力学研究

在SD大鼠中的药代动力学评价显示，静脉注射(1 mg/kg)后，10的半衰期(t_1/2)为1.48 h，最大浓度(C_max)为2215 ng/mL，AUC_0–∞为922 h·ng/mL。口服给药(10 mg/kg)后，t_1/2延长至4.14 h，C_max为126 ng/mL，AUC_0–∞为713 h·ng/mL，口服生物利用度(F)为7.67%，优于ETR(检测不到)。

本研究成功通过骨架跃迁策略设计并优化了一系列新型呋喃并[3,2-d]嘧啶类NNRTIs。其中，化合物10作为最具潜力的候选分子，展现出卓越的广谱抗HIV-1活性、显著降低的hERG通道抑制性、轻微CYP酶抑制、低细胞毒性、高选择性指数以及改善的药代动力学特性。分子模拟揭示了其与靶点间的稳定相互作用机制。这些综合优势表明，化合物10有望克服现有NNRTIs（特别是RPV）的临床局限性，为开发更安全、高效的艾滋病治疗药物提供了新的重要方向。