CN105418410B - 大黄素衍生物及其在制备抗hiv‑1药物中的应用 - Google Patents

大黄素衍生物及其在制备抗hiv‑1药物中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了大黄素衍生物3‑乙酸大黄素和1,8‑二己酰大黄素在制备抗HIV‑1药物中的应用，属于抗病毒药物领域。本发明通过化学合成制备了3‑乙酸大黄素和1,8‑二己酰大黄素，并发现其在体外具有抑制HIV‑1病毒复制的作用，感染的人巨噬细胞中病毒包涵体明显减少，且对人巨噬细胞无毒副作用。在体外随3‑乙酸大黄素或1,8‑二己酰大黄素浓度增高，其对HIV‑1复制的抑制作用增强，Gag基因和p24蛋白表达逐渐降低；同时，随着药物作用时间越长，抑制HIV‑1感染的效果越显著。3‑乙酸大黄素和1,8‑二己酰大黄素可用于制备抗HIV‑1的药物。

Description

大黄素衍生物及其在制备抗HIV-1药物中的应用
技术领域
本发明涉及大黄素衍生物及其在制备用于治疗HIV-1药物中的应用。
背景技术
人类免疫缺陷病毒(HIV)是艾滋病(AIDS)的病原体。自AIDS流行以来，全世界累计有7500万HIV感染者，我国亦有将近75万人感染HIV，2014年新报告感染者和病人达10.4万例，较上年增加14.8％。然而，目前世界上还没有任何一个地区解决了艾滋病的治疗问题，HIV感染者人数将会持续增长。
目前有十几种抗艾滋病病毒药经批准用于治疗艾滋病。国际公认的治疗方法是“鸡尾酒”或称高效抗逆转录病毒疗法(即2种逆转录酶抑制剂+1种蛋白酶抑制剂)，这种疗法可以显著降低感染者和艾滋病患者血浆病毒载量，延长生存时间，改善生活质量。但尚存在一些问题，如停药后病毒载量反弹、不能恢复免疫功能、容易出现耐药性、价格昂贵(人年均费用约8万元)、由于严重的毒副作用不能长期坚持用药等。为了解决艾滋病治疗中存在的问题，可以采取的途径有两种，一种是发展新的有效、低毒、价廉的药物，另一种是探索新的治疗方法。多年来，我们在第一种途径，即发展新药研制方面进行了大量实验室筛选，发现了一些具有抗病毒活性的中草药及提取物，并在实验动物中也证明了其抗病毒作用，这其中就包含有大黄来源的大黄素。
大黄属蓼科植物，性味苦寒，归脾、胃、大肠、肝、心包经。具有泻下攻积、清热泻火、解毒、止血、活血祛淤等多种功效。现代药理研究发现，大黄有抗肿瘤、抗菌消炎、抗动脉硬化、降血压、泻下利尿、保肝利胆、清除自由基等多种作用；同时还有抗流感病毒、乙型肝炎病毒、单纯疱疹病毒、柯萨奇病毒、风疹病毒等作用。我们前期实验结果也显示，中药大黄提取物中大黄素能通过上调CC-趋化因子、I型干扰素、APOBEC3G抑制HIV-1R5毒株在人巨噬细胞中的感染。而且有研究发现，大黄素能增加小鼠腹腔巨噬细胞吞噬性，促进干扰素分泌，从而提高小鼠免疫力。
大黄素属于蒽醌类化合物，其发挥抗病毒作用的主要部分为蒽醌，但是大黄素溶解性很差，几乎不溶于水，仅溶于碱和一些有机溶剂如乙醇、二甲基亚砜(DMSO)，而且稳定性比较差，容易氧化变质。这成为大黄素临床应用开发的一大障碍。
发明内容
本研究尝试在保留蒽醌的基础上，添加或者改变一些功能团，使得新蒽醌类化合物既能够保留抗病毒的功能，又可以增加水溶性或脂溶性，具有更好的成药性，未来用于AIDS的治疗。
本发明的目的是提供一种经过化学修饰的大黄素衍生物，及其在用于治疗HIV-1的药物的应用。
本发明的大黄素衍生物为以下结构式所示：
式I，3-乙酸大黄素
式II，1,8-二己酰大黄素
本发明所述的大黄素衍生物，是将商品化的大黄素经过化学修饰得到的化合物。
制备本发明的大黄素衍生物的反应如以下反应式所示：
1、3-乙酸大黄素反应式及鉴定
反应式：
2、1,8-二己酰大黄素反应式及鉴定
反应式：
通过大黄素衍生物抗HIV-1的活性测定表明，本发明的大黄素衍生物能够抑制HIV-1在人巨噬细胞中的感染与复制。因此，可用于制备治疗HIV-1的药物。
本发明还提供了一种用于治疗HIV-1的药物，其含有上述本发明的大黄素衍生物以及药学上可接受的辅助剂。该药物可以制成注射剂、片剂、丸剂、胶囊剂、悬浮剂、或乳剂的形式使用，其给药途径可为口服、经皮、静脉或肌肉。
大黄素衍生物3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素脂溶性和水溶性较大黄素好，且无明显毒副作用，为临床用药提供了新的选择。
附图说明
图1是3-乙酸大黄素的核磁氢谱图。
图2是1,8-二己酰大黄素的核磁氢谱图。
图3是3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素对人巨噬细胞的毒性作用的结果图。
图4是3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素抑制HIV-1在人巨噬细胞中感染与复制作用的结果图。
图4a是HIV-1 Bal毒株感染人巨噬细胞2h后，于感染后第8天收集细胞，Gag基因mRNA表达图；
图4b是HIV-1 Bal毒株感染人巨噬细胞2h后，于感染后第8天收集细胞上清，ELISA检测细胞上清中P24蛋白表达图；
图4c是HIV-1 Bal毒株感染人巨噬细胞2h后，于感染后第8天收集细胞，蛋白印迹法测定细胞中p24表达图；
图4d是在光镜下观察(x 200倍)，大黄素、3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素处理后，人巨噬细胞中的病毒包涵体；
图5是3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素抗HIV-1作用的时间效应图。
图5a是人巨噬细胞中Gag基因mRNA的水平随感染时间的变化而改变的图；
图5b是人巨噬细胞上清中P24蛋白表达随感染时间的变化而改变的图；
图6是3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素抗HIV-1作用的剂量效应图。
图6a是人巨噬细胞中Gag基因mRNA的水平随药物浓度的变化而改变的图；
图6b是人巨噬细胞上清中P24蛋白表达随药物浓度的变化而改变的图；
具体实施方式
通过以下详细说明结合附图可以进一步理解本发明的特点和优点。所提供的实施例仅是对本发明方法的说明，而不以任何方式限制本发明揭示的其余内容。
大黄素是分子量为270.24的1'3'8-三羟基-6-甲基蒽醌，其已商品化，下述实施例中所用大黄素购于Sigma公司，其纯度≥98％。取2.7mg大黄素通过二甲基亚砜(DMSO)助溶溶解于10mL双蒸水，超净台内0.45μm一次性过滤器过滤除菌，即为1mM大黄素母液，4℃冰箱储备备用。临用时用完全DMEM(10％FCS、2mmol/mL谷氨酰胺、100U/mL青霉素、100μg/mL链霉素和非必需氨基酸)稀释成不同浓度(0.1μM，1μM，10μM，100μM，1000μM)。DMSO终浓度低于0.2％。
【实施例1】大黄素衍生物的制备、提纯及鉴定
3-乙酸大黄素：取125mg大黄素和138mg碳酸钾加入5mL丙酮，50℃下回流反应。反应结束后，加入盐酸调pH值1-2，过滤得红色固体，于真空干燥箱中烘干。将该产物74.3mg于圆底烧瓶加入34.7mg氢氧化钠和15mL乙醇，30℃搅拌4h，将反应液放至无液体析出，加水稀释，用盐酸调pH值1-2，用乙酸乙酯萃取水相，合并有机相，硫酸钠干燥放干，得到红色固体，通过核磁鉴定产物为3-乙酸大黄素(图1)。
1,8-二己酰大黄素：取1g大黄素溶于50mL圆底烧瓶中，无水无氧操作，加入20mL无水吡啶，-5℃搅拌，缓慢滴加3.1mL乙酰氯，反应8h，待原料已基本反应完，将反应液放干加入100mL二氯甲烷稀释，分别用50mL的1M盐酸饱和碳酸氢钠溶液以及饱和含盐水各萃取两次，有机相用无水硫酸镁干燥。将产物称取330mg与15.8mg咪唑于25mL圆底烧瓶，无水无氧操作于-5℃加入5mL甲基吡咯烷酮，最后加入0.12mL苯硫酚反应4.5h。产物干燥放干，得到淡黄色颗粒状固体，通过核磁鉴定产物为1,8-二己酰大黄素(图2)。
【实施例2】MTT法检测大黄素衍生物3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素的细胞毒性作用
将健康献血者抗凝血与淋巴分离液(Organon Teknika Corp,Durham)混合，1500g离心45min以分离单核细胞。收集单核细胞层，用DMEM悬浮，并接种到2％明胶包被的培养皿中，于37℃孵育45min后，用DMEM洗去未黏附的细胞。贴壁细胞经EDTA消化后，用完全DMEM(10％FCS、2mmol/mL谷氨酰胺、100U/mL青霉素、100μg/mL链霉素和非必需氨基酸)重悬，并按105/孔接种于96孔板中。初步纯化后，经非特异性酯酶染色和荧光筛选CD14单克隆抗体(Leu-M3)及低密度脂蛋白(LDL)证实，孔内98.5％的细胞为单核细胞，并经培养7天后，分化为单核细胞来源的巨噬细胞(MDM)。分别加入100μL用DMEM(含2％胎牛血清，V/V)稀释成不同浓度(0.1μM，1μM，10μM，100μM，1000μM)的大黄素、3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素，培养48h。未经大黄素、3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素处理的细胞(加入100μL含2％胎牛血清的DMEM)为正常对照组。通过MTT法检测正常对照组和药物组吸光度值，计算细胞存活率(细胞存活率＝药物组平均吸光度值/正常对照组平均吸光度值×100％)，从而评价大黄素、3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素的细胞毒性作用。
大黄素对人巨噬细胞毒性作用表现为：细胞粘连、变圆、破碎脱落，胞质内颗粒增加，折光性增强并且吸光值明显下降。结果显示，100μM大黄素处理之后，人巨噬细胞存活率仅为70％左右，10μM大黄素处理组对人巨噬的细胞存活率接近90％。根据参考文献大黄素处理细胞的浓度一般在1-100μM之间，本研究选取大黄素无毒浓度10μM进行后续抗病毒研究(图3)。
3-乙酸大黄素对人巨噬细胞毒性作用表现为：细胞粘连、变圆、破碎脱落，胞质内颗粒增加，折光性增强并且吸光值明显下降。结果显示，100μM 3-乙酸大黄素对人巨噬细胞的毒性很小，细胞存活率达到80％以上，而10μM时对人巨噬的细胞存活率接近100％。为了与大黄素的抗病毒作用作比较，本研究仍选取3-乙酸大黄素无毒浓度10μM进行后续抗病毒研究(图3)。
1,8-二己酰大黄素对人巨噬细胞毒性作用表现为：细胞粘连、变圆、破碎脱落，胞质内颗粒增加，折光性增强并且吸光值明显下降。100μM组人巨噬细胞存活率不足60％，而10μM组细胞存活率达到80％以上，本研究同样选取1,8-二己酰大黄素弱毒浓度10μM做后续抗病毒研究(图3)。
【实施例3】大黄素衍生物3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素体外抗HIV-1作用
HIV-1 Bal毒株感染人巨噬细胞2h后(应用RT-PCR和ELISA分别确定HIV-1感染建立)，弃病毒液，分别于培养孔中加入含10μM大黄素、3-乙酸大黄素或1,8-二己酰大黄素的完全DMEM培养液，37℃培养，于感染后第8天收集细胞和细胞上清。通过RT-PCR检测细胞中Gag mRNA表达；ELISA检测细胞上清中p24含量，以及蛋白印迹法测定细胞中p24表达，通过以上三方面确定3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素对HIV-1的抗病毒作用。具体步骤如下：
(1)应用实时定量RT-PCR检测Gag基因表达，GAPDH为内参，未加入大黄素衍生物处理的作为对照组。引物如下：
Gag基因上游引物：5’-ATTAATCACTATCCAGTAGGAGAAAT-3’
Gag基因下游引物：5’-TTTGGTCCTGTCTTATGTCCAGAATG-3’
GAPDH上游引物：5’-GGTGGTCTCCTCTGACTTCAACA-3’
GAPDH下游引物：5’-GTTGCTGTAGCCAAATTCGTTGT-3’
取1μL样品总RNA用RT system(Promega)进行逆转录，实验采用随机引物37℃反应1h，然后94℃5min终止反应，产物4℃保存。逆转录产物cDNA作为实时定量RT-PCR的反应模板，取1.5μL RNA逆转录产物cDNA、0.3μL上下游引物(20pmol)、7.5μL SYBR green混合液，补水至总体积15μL，在荧光定量PCR仪(BioRad)上进行检测。反应程序为：95℃预变性3min；95℃变性10s，60℃退火10s，72℃延伸15s，40个循环。结果显示，感染后第8天3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素均可降低人巨噬细胞中Gag基因表达(图4a，P＜0.001)。
(2)应用ELISA检测细胞上清中HIV-1p24蛋白(Chiron公司)：按ELISA试剂盒说明书操作，分析上述蛋白的表达情况。在抗体包被的ELISA板中加入50μL上清(检测前必须对上清中总蛋白进行定量并适当稀释)，室温孵育1h；PBS洗板并加入100μL生物素标记的抗体，室温孵育1h，再次洗板后加入100μL抗生素蛋白链球菌-辣根过氧化物酶，室温孵育30min；PBS洗板后每孔加入100μLTMB(四甲基联苯胺)底物溶液，室温30min内显色，最后每孔加入100μL终止缓冲液终止反应，在酶标仪(ELX800，BioRad)上读数，与试剂盒内标准品读数所制标准曲线比较，计算出所测p24蛋白含量(图4b，与HIV-1感染组相比，大黄素、3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素均能够明显抑制病毒复制，P＜0.001，并且3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素的抑制病毒复制的作用与大黄素无显著性差异)。
(3)蛋白印迹：常规制备SDS-PAGE胶，将30μg蛋白质样品上样，在70V电压下电泳1.5h，转移至PVDF膜，5％脱脂牛奶室温封闭，分别加入1∶500 P24一抗或者1∶2500 GAPDH一抗4℃孵育过夜，1∶2500辣根过氧化物酶标记的二抗室温孵育，ECL显色，暗室曝光，以上抗体均由美国Santa Cruz提供。
大黄素、3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素处理组p24蛋白表达均与HIV-1感染组有明显差异，说明大黄素衍生物3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素能够显著抑制HIV-1在人巨噬细胞中的复制与感染(图4c)，且与大黄素组无明显区别。
(4)形态学：在光镜下观察(x 200倍)，大黄素、3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素处理后，人巨噬细胞中病毒包涵体明显减少(图4d)。
【实施例4】大黄素衍生物3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素体外抗HIV-1作用具有时间效应
HIV-1 Bal毒株感染人巨噬细胞2h后(分别经RT-PCR和ELISA法确定HIV-1感染建立)，弃病毒液，分别于培养孔中加入含10μM大黄素、3-乙酸大黄素或1,8-二己酰大黄素的完全DMEM培养液，37℃培养，分别于感染后第4天、第8天和第12天收集细胞及细胞上清。按照实施例3中步骤，应用实时定量RT-PCR检测细胞中Gag基因表达以及ELISA法检测细胞上清中p24含量。结果显示，大黄素衍生物3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素抗HIV-1在人巨噬细胞中作用呈现出时间效应(图5a、5b)。
【实施例5】大黄素衍生物3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素体外抗HIV-1作用具有剂量效应
按照实施例3，HIV-1 Bal毒株感染人巨噬细胞2h后(分别经RT-PCR和ELISA法确定HIV-1感染建立)，分别用不用浓度(5μM、10μM和20μM)大黄素、3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素再分别处理细胞24h，分别于感染后第8天收集细胞及细胞上清。按照实施例3中步骤，应用实时定量RT-PCR检测细胞中Gag基因表达以及ELISA法检测细胞上清中p24含量。结果显示，大黄素衍生物3-乙酸大黄素和1,8-二己酰大黄素抗HIV-1在人巨噬细胞细胞中作用呈现有剂量效应(图6a、6b)。
SEQUENCE LISTING
<110> 武汉大学
<120> 大黄素衍生物及其在制备抗HIV-1药物中的应用
<130> 1
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<170> PatentIn version 3.3
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<211> 26
<212> DNA
<213> Artificial
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<213> Artificial
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<223> GAPDH下游引物
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gttgctgtag ccaaattcgt tgt 23

Claims (3)

1.如下结构式所示的大黄素衍生物，
2.权利要求1所述的大黄素衍生物在制备抗人类免疫缺陷病毒1型的药物中的用途。
3.一种药物组合物，其特征在于：它是由权利要求1所述的大黄素衍生物或其盐为活性成分，加上药学上可接受的辅料制备得到的制剂。
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