CN109528722B - 一种抑制流感病毒rna聚合酶活性的抗病毒药物分子及其制备方法 - Google Patents
一种抑制流感病毒rna聚合酶活性的抗病毒药物分子及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
技术领域
本发明属于药物化学领域,尤其涉及一种抑制流感病毒RNA聚合酶活性的抗病毒药物分子及其制备方法。
背景技术
流行性感冒病毒简称流感病毒,目前主要包括三种类型,甲型流感病毒、乙型流感病毒和丙型流感病毒。甲型流感病毒可感染人类和多种动物,具有极强的感染性和传播性,极易引起季节性的流感大流行。人类因为接触感染的动物或者受污染的环境,可感染禽流感病毒或其他人畜共患型流感病毒。比如甲型H5N1,H7N9,H9N2等禽流感病毒。人类感染流感病毒后会引起重症肺炎,败血症伴发休克等,甚至会出现死亡,严重影响了国民经济和人类的健康。比如1997年在香港爆发的流感,该流感是人类感染高致病性H5N1禽流感病毒引起的,2003年这一流感病毒从亚洲扩散到欧洲和非洲,导致了严重的疫情,造成了数百例病人的死亡。在2013年,中国报告了新的H7N9禽流感病毒感染人类的案例,该病毒迅速在全国大地传播,导致数百人致病,随后几年该H7N9病毒又反复流行。2017年报道了3株H1N1对神经氨酸酶抑制剂敏感性高度降低,耐药性的出现表明目前的中国大陆地区的流感药物无法提供有效的保护。2018年,中国大陆地区报道了甲型H1N1,H3N2等引发的流感。因此开发可抑制或者杀死甲型流感病毒的药物刻不容缓,该类药物的研发也引起了世界各国研究者的注意。
目前广泛使用的流感药物主要有烷胺类药物和神经氨酸酶抑制剂药物。根据药物作用的靶点可分为四大类。第一类为烷胺胺类药物,此类药物可抑制病毒的M2蛋白的氢离子通道,阻止流感病毒的释放。然而该类靶点药物仅对甲型流感有效,并且发现流感病毒对此类药物产生了耐性。第二类药物抑制流感病毒的神经氨酸酶,阻止子代病毒从感染细胞内释放,从而起到减少病毒在体外的增殖。目前广为使用的药物为奥司他韦、扎那米韦和帕拉米韦。其中,奥司他韦在扎那米韦的基础上开发而成,奥司他韦能够有效治疗甲型流感和乙型流感。该药已获得FDA的批准,2002年获准进入中国。作为治疗重度流感的有效药物。然而,奥司他韦具有副作用,包括行为异常,出现幻觉和视觉障碍等,其安全性受到学者的质疑。第三类药物为法匹拉韦,也称T-705,其结构类似嘧啶。T-705进入细胞后,会被细胞的酶进行三磷酸化,变成其活性成分,因其结构类似三磷酸核苷GTP,进而可影响病毒RNA的复制与转录过程,引起基因的突变,从而抑制病毒的活性。第四类药物为2018年日本上市的新型抗流感药物Xofluza。不同于以往的药物,该药作用的可能靶点为RNA聚合酶中的PA内切酶。PA内切酶可从宿主细胞前体的mRNA中通过“CAP-snatching”的方式剪切获得mRNA的冒状结构,用于流感病毒自身的合成。“CAP-snatching”是流感病毒复制周期中的关键环节,阻断这一环节,将可以选择性的阻断流感病毒的转录过程。此药物的获批也证明可将流感病毒的RNA聚合酶作为新的药物靶点。2017年10月以来,中国国家流感中心报道显示,所有甲型的流感病毒均对烷胺类药物耐药。而Xofluza尚未允许进入我国。
如何针对流感病毒的多种亚型,开发一类具有普遍适用性的药物具有重要的商业价值。研究表明流感病毒的RNA聚合酶不同于哺乳动物和人类的RNA聚合酶。选择以流感病毒,特别的,选择以甲型流感病毒的RNA聚合酶作为药物设计的靶点,将会筛选出高度选择性和高度抑制效果的药物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抑制流感病毒RNA聚合酶活性的抗病毒药物及其制备方法,旨在解决现有的流感病毒药物有限,副作用明显的问题。
为实现上述发明目的,本发明采用的技术方案如下:
一种抑制流感病毒RNA聚合酶活性的抗病毒药物分子,所述抗病毒药物分子包含如下式1所示结构,或所述抗病毒药物分子包含以下式1所示结构作为药物前体的化合物,
相应的,一种抑制流感病毒RNA聚合酶活性的抗病毒药物分子的制备方法,所述药物分子的结构如下式1所示,所述制备方法包括以下步骤:
提供式2所示四氢异喹啉底物、式3所示苯甲醛和三甲基硅基乙炔,添加苯甲酸和碘化亚铜,在75℃-85℃条件下反应10-13小时,过滤浓缩得到粗产物;将粗产物溶解于醇类溶剂中,加入碳酸钾或碳酸钠,反应结制备式4所示四氢异喹啉;
取式4所示四氢异喹啉,添加HCO2Na和钯催化剂,在温度为95-105℃的惰性气氛下发生闭环反应,制备得到式5所示化合物;
取式5所示化合物进行催化氢化反应,将得到的产物溶于乙醇中,加入I2反应,制备得到式1所示药物分子;
以及,一种药物分子在制备治疗流感病毒药物中的应用,所述药物分子包含下式1所示结构,或所述药物分子以下式1所示结构作为药物前体,
本发明提供的抑制流感病毒RNA聚合酶活性的抗病毒药物分子,含有式1所示结构,或所述抗病毒药物分子包含以下式1所示结构作为药物前体的化合物。式1所示结构可以直接作用于流感病毒的RNA聚合酶,通过抑制流感病毒的RNA聚合酶的活性,直接阻断流感病毒的转录和复制过程,具有高度的选择性和更强的抑制病毒活性。荧光素酶等体外细胞实验证明,本发明实施例提供的式1所示化合物对流感病毒RNA聚合酶IC50所测为17.6μm,低于T705的21.6μm,相比于商品药物有效成分法匹拉韦T705(IC50为21.6μm),具有更为有效的抑制效果和更低的细胞毒性,具有开发为抗甲型流感病毒药物分子的潜力。
本发明提供的抑制流感病毒RNA聚合酶活性的抗病毒药物分子的制备方法,以式2所示四氢异喹啉、式3所示苯甲醛和三甲基硅基乙炔为原料,通过脱除三甲基硅基引入炔基扩链,然后进行闭环反应制备式1所示药物分子。该方法简单易控,且得到的产物收率较高。
附图说明
图1是本发明实施例提供的式1所示化合物的1H-NMR谱图;
图2是本发明实施例提供的式1所示化合物的13C-NMR谱图;
图3是本发明实施例提供的式1所示化合物的毒性试验结果图;
图4是本发明实施例提供的式1所示化合物的IC50实验结果图;
图5是本发明实施例提供的式1与流感病毒RNA聚合酶结合位置示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
流感病毒的活性中心成分是RNA聚合酶,流感病毒RNA的转录和复制过程均在感病毒的RNA聚合酶中完成。有效抑制RNA聚合酶的活性可阻断流感病毒的复制。由于流感病毒RNA聚合酶的高度保守性和结构特异性,不同于人体内的DNA转录与复制过程,针对RNA聚合酶的药物不会对人体产生伤害。针对RNA聚合酶的高度的遗传序列保守性,特别在关键活性位置的序列相似性,可设计只针对抑制RNA聚合酶活性的药物小分子,不会伤害禽类或者人类的正常细胞。不同于以往的神经氨酸酶为靶点,在针对流感病毒RNA聚合酶作为药物靶点时,由于聚合酶具有很强的遗传保守性,将使病毒不易对药物产生抗药性,且该类药物将对一系列的禽流感病毒表现出广谱抑制性;同时,因为病毒RNA聚合酶的活性位点特异性,与其作用的药物将不会影响人体细胞的正常功能,具有更低的细胞毒性。
在此基础上,本发明实施例提供了一种抑制流感病毒RNA聚合酶活性的抗病毒药物分子,所述抗病毒药物分子包含如下式1所示结构,或所述抗病毒药物分子包含以下式1所示结构作为药物前体的化合物,
本发明实施例提供的抑制流感病毒RNA聚合酶活性的抗病毒药物分子,含有式1所示结构,或所述抗病毒药物分子包含以下式1所示结构作为药物前体的化合物。式1所示结构可以直接作用于流感病毒的RNA聚合酶,通过抑制流感病毒的RNA聚合酶的活性,直接阻断流感病毒的转录和复制过程,对流感病毒的RNA聚合酶靶点具有高度的选择性和更强的抑制病毒活性。荧光素酶等体外细胞实验证明,本发明实施例提供的式1所示化合物对流感病毒RNA聚合酶IC50所测为17.6μm,低于T705的21.6μm,相比于商品药物有效成分法匹拉韦T705(IC50为21.6μm),具有更为有效的抑制效果和更低的细胞毒性,具有开发为抗甲型流感病毒药物分子的潜力。
应当理解,本发明实施例中,以流感病毒RNA聚合酶为靶点的抗病毒药物中,可以含有式1所示有机小分子或者以式1所示有机小分子作为药物前体化合物。
在一些实施例中,所述抗病毒药物包含式1的盐,或所述抗病毒药物包含以式1的盐作为药物前体的化合物。所述式1的盐包括式1的氯盐、磷酸盐等,其中,式1的氯盐的结构如下所示:
在具体实施例中,所述式1的盐选自式1的氯盐。即所述抗病毒药物分子包含如下式1所示结构的氯盐,或所述抗病毒药物分子包含以下式1所示结构的氯盐作为药物前体的化合物。
相应的,本发明实施例提供了一种抑制流感病毒RNA聚合酶活性的抗病毒药物分子的制备方法,所述药物分子的结构如下式1所示,所述制备方法包括以下步骤:
S01.提供式2所示四氢异喹啉底物、式3所示苯甲醛和三甲基硅基乙炔,添加苯甲酸和碘化亚铜,在75℃-85℃条件下反应10-13小时,过滤浓缩得到粗产物;将粗产物溶解于醇类溶剂中,加入碳酸钾或碳酸钠,反应结制备式4所示四氢异喹啉;
S02.取式4所示四氢异喹啉,添加HCO2Na和钯催化剂,在温度为95-105℃的惰性气氛下发生闭环反应,制备得到式5所示化合物;
S03.取式5所示化合物进行催化氢化反应,将得到的产物溶于乙醇中,加入I2反应,制备得到式1所示药物分子;
本发明实施例提供的抑制流感病毒RNA聚合酶活性的抗病毒药物分子的制备方法,以式2所示四氢异喹啉、式3所示苯甲醛和三甲基硅基乙炔为原料,通过脱除三甲基硅基引入炔基扩链,然后进行闭环反应制备式1所示药物分子。该方法简单易控,且得到的产物收率较高。
本发明实施例中,上述步骤S01中,以式2所示四氢异喹啉底物、式3所示苯甲醛和三甲基硅基乙炔,在催化剂苯甲酸和碘化亚铜、加热温度为75℃-85℃条件下反应10-13小时。具体优选的,在催化剂苯甲酸和碘化亚铜、加热温度为80℃条件下反应12小时。反应结束后,将反应体系过滤处理,收集滤液进行浓缩,得到粗产物。
进一步的,将得到的粗产物解于醇类溶剂中,加入碳酸钾或碳酸钠,反应结制备式4所示四氢异喹啉。具体的,将反应后的体系进行柱层析分离,获得纯度更高的式4所示四氢异喹啉。在一些实施例中,所述碳酸钾或碳酸钠的溶液为碳酸钾或碳酸钠的甲醇溶液。
在一些实施例中,所述催化剂苯甲酸的添加量为式2所示四氢异喹啉底物摩尔用量的10%,所述催化剂碘化亚铜的添加量为式2所示四氢异喹啉底物摩尔用量的10%,从而获得较好的催化效果,有利于提高式4所示四氢异喹啉的收率。具体的,在上述条件下,式4所示四氢异喹啉的收率为81%。
具体优选的,上述步骤S01中,以式2所示四氢异喹啉、式3所示苯甲醛和三甲基硅基乙炔作为原料,在催化剂的作用下,在碳酸钾或碳酸钠的溶液中,反应得到式4所示四氢异喹啉的反应式如下所示:
上述步骤S02中,取式4所示四氢异喹啉,分散中中溶解后,添加HCO2Na和钯催化剂,在温度为95-105℃的惰性气氛下发生闭环反应,制备得到式5所示化合物。优选的,所述钯催化剂为Pd(PPh3)4,所述HCO2Na作为还原剂,由此可以得到高产量(79%)的式5所示药物分子。
在一些实施例中,用于分散式4所示四氢异喹啉的溶剂体系为DMF和水的混合体系。具体的,取式4所示四氢异喹啉置于反应容器中,加入DMF和H2O,来溶解分散式4所示四氢异喹啉。优选的,用于分散式4所示四氢异喹啉的溶剂体系中,DMF和H2O的体积比为3:1,由此能够有效溶解式4所示四氢异喹啉,同时,为反应提供较好的反应介质,从而有利于闭环反应的发生,且可以降低杂副反应。
在一些实施例中,取式4所示四氢异喹啉,分散中中溶解后,惰性气体饱和处理,然后加入HCO2Na和钯催化剂进行反应。所述惰性气体包括但不限于氮气气氛。
在一些实施例中,取式4所示四氢异喹啉,添加HCO2Na和钯催化剂,在温度为95-105℃的惰性气氛下发生闭环反应,在油浴条件下进行加热,具体的,在100℃的油浴中反应1小时。待反应结束后,在反应体系中加入DCM,对反应体系进行萃取。
上述步骤S03中,取式5所示化合物进行催化氢化反应,优选的,所述催化氢化反应的催化剂为PtO2,反应溶剂为乙酸,得到产率大于99%的产物。反应在还原气氛如氢气气氛下进行。
将得到的产物溶于乙醇中,加入KOAc和I2,反应制备得到式1所示药物分子。在一些实施例中,将反应结束后的溶剂体系进行纯化,制备得到式1所示药物分子。
以及,本发明实施例提供了一种药物分子在制备治疗流感病毒药物中的应用,所述药物分子包含下式1所示结构,或所述药物分子以下式1所示结构作为药物前体,
下面结合具体实施了进行说明。
实施例1
一种抑制流感病毒RNA聚合酶活性的抗病毒药物分子的制备方法,所述药物分子的结构如下式1所示,所述制备方法包括以下步骤:
提供式2所示四氢异喹啉212mg、式3所示苯甲醛229mg和三甲基硅基乙炔0.26mL,添加12mg苯甲酸,19mgCuI,在80℃反应12小时,过滤浓缩得到粗产物,将粗产物溶解于10ml甲醇中,加入碳酸钾276mg,反应结束后通过柱层析分离得到式4所示四氢异喹啉297mg;
取式4所示四氢异喹啉215mg置于烧瓶中,加入DMF(9mL),H2O(3mL),再加入HCO2Na(68mg),氮气饱和15分钟,然后加入Pd(PPh3)4(29mg),置于100℃的油浴中反应1h应结束后加入DCM萃取,浓缩。取产物溶解于EtOH(1.5mL),加入KOAc(5.4mg),I2(12.7mg),反应结束后加入稀盐酸溶液稀释,再通过DCM萃取、浓缩,柱层析分离得到天然产物1。
实施例1的反应方程式如下所示:
将式1所示化合物进行核磁检测,得到的1H-NMR图谱如图1所示,13C-NMR图谱如图2所示。
实施例2
HEK-293T的细胞培养与转染
针对抗流感病毒药物体外筛选,本发明实施例选取细胞培养模型。具体的,本发明实施例选取HEK-293T的细胞。该模型可有效消除其他外界因素的影响,只研究本发明实施例的药物分子对流感病毒RNA聚合酶的影响,为后期机理研究提供更多基础。通过该细胞模型可筛选药物分子对流感病毒的直接抑制效果,定量分析本发明的药物分子对细胞毒性的影响和流感病毒活性的影响。
准备所需培养介质和溶液:准备TransIT-1L的转染剂,具体的,培养基的组成成份为5%的FBS和1%P/S的Opti-MEM介质,该培养基可有效孵化细胞。在该培养基中准备和培养HEK-293T细胞。在96孔板中准备0.1μg每孔的DNA溶液。
细胞培养:在T-75cm2的烧瓶中培养HEK-293T的细胞,培养时间至少为24小时。直到细胞密度达到70%-80%。每个96孔板的细胞数量约为2×106。经过过夜实验,可有效孵化细胞。
生成细胞复合物:准备1.43mL不含血清的介质准备转染并加入22μg的DNA质粒,加入66μl的TransIT-1L,混合均匀。在室温下孵化15-30分钟即可获得后续实验所需要的转染复合物,在96孔板上每个孔中加入13μL的预混液。
之后将标准培养基中的细胞胰蛋白酶化,加入适量培养基,将培养基与细胞混合均匀。在混合液中,使用血球计数器确定每毫升培养介质的细胞数量。确保每孔中的细胞数量每毫升不少于2-4×104。在96孔板的每个孔中加入87μL稀释的细胞溶液。
实施例3
HEK-293T的细胞毒性试验
将正常细胞转染甲型流感病毒聚合酶的质粒,然后将转染的的细胞分别与药物分子1以及T705相互接触。将药物分子加入到细胞中培养,测量药物分子对细胞生长的影响。等待40小时后收获细胞,将收获的细胞进行乳酸脱氢酶实验,由于乳酸脱氢酶只存在于细胞内部,如果有机小分子杀死细胞,乳酸脱氢酶会被释放到溶液中,通过测量在溶液中乳酸脱氢酶的数量,进而可定量测得有机分子对细胞的毒性。定量得到对应的半致死量浓度。细胞实验的结果见图3。在40小时的慢性试验中,由乳酸脱氢酶(Lactatedehydrogenase)试验测得,式1所示化合物、T705的毒性数值分别为:3273.38μM,3359.64μM。
由此可见,本发明实施例提供的药物分子不会损伤正常的细胞,没有诱导细胞溶解,表现为较低的细胞毒性。本发明实施例中的分子的浓度处在无毒性的范围内。以商品抗流感药物T705作为参考,本发明实施例提供的有机分子显示较低的毒性,符合开发为药物分子的毒性数值。
实施例4
测量药物分子的抑制病毒活性的实验
在实施例2中的细胞培养12小时后待用。在培养基中加入病毒感染的细胞。同时准备浓度梯度为1000μM、200μM、40μM、8μM、1.6μM的结构1所示药物分子的溶液。实验设置空白组和以T705作为阳性对照组。
将实施例3中转染的细胞加入孔板中,并分别加入药物分子溶液形成共转染的流感聚合酶质粒系统。细胞与与药物分子在所准备的浓度梯度溶液下混合培养40小时后,由荧光素酶实验(luciferase assay)测得的半抑制浓度IC50的数值。该测量结果如图4所示,式1所示化合物、T-705的IC50分别为:17.62μM、21.63μM。
本实施例证明,本发明的化合物分子的IC50的数值低于T705,除具有抑制流感病毒聚合酶复合体活性的作用,更表现为比T705更强的病毒抑制作用。
实施例5药物的选择性系数(selectivity index)
我们选取法匹拉韦的有效成分T-705作为参考,由实施例3和实施例4,可以计算该种药物分子的选择性系数为252.70,显著优于T-705(100.9)。该种药物小分子具有比T-705具有更优的药物选择性,可有效抑制流感病毒的RNA聚合酶而不损伤正常的细胞,可针对该抑制剂分子进行分子设计以制备抗流感药物。
本实施例证明,该药物分子具有比T-705更好的药物选择性。
实施例6药物分子在RNA聚合酶的结合位置分析
采用分子动力学(molecular dynamics)方法研究了化合物式1在流感病毒RNA聚合酶中可能的结合位置(5A)。采用随机加速分子动力学(Random acceleration moleculardynamics)的方法研究了化合物在孔道中的扩散路径,该方法主要应用于寻找小分子在蛋白内部的扩散路径(5B)。在20条分子动力学模拟的轨迹中,观测到化合物式1的扩散路径为流感病毒RNA聚合酶的底物通道。其中图5展示了化合物在RNA聚合酶中可结合的位置。通过计算化合物1与RNA聚合酶的质心距离,可发现距离分布上有4个位置,表明式1所示的分子可结合在RNA聚合酶的通道中,该4个主要的结合位置显示于图5,可发现化合物1与蛋白结合紧密,其扩散过程只能分步进行,沿A→B→C→D的路径扩散。通过进一步以常规分子动力学模拟的方法通过平衡分子在A位置的结构,在20ns的分子动力学模拟中,化合物1可稳定的存在于流感病毒的RNA聚合酶中,结合MM/PBSA自由能计算的方法,算得的结合自由能为-28.7kal/mol。证明式1可与RNA聚合酶紧密结合,从而阻断NTP分子的进入通道,有效抑制RNA的转录和复制过程。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
2.如权利要求1所述的药物分子在制备治疗甲型流感病毒药物中的应用,其特征在于,所述药物分子包含式1的盐。
3.如权利要求2所述的药物分子在制备治疗甲型流感病毒药物中的应用,其特征在于,所述式1的盐选自式1的氯盐。
4.如权利要求1所述的药物分子在制备治疗甲型流感病毒药物中的应用,其特征在于,所述药物分子包含式1所示结构,其中,如式1所示结构的药物分子的制备方法包括以下步骤:
提供式2所示四氢异喹啉底物、式3所示苯甲醛和三甲基硅基乙炔,添加苯甲酸和碘化亚铜,在75℃-85℃条件下反应10-13小时,过滤浓缩得到粗产物;将粗产物溶解于醇类溶剂中,加入碳酸钾或碳酸钠,反应结制备式4所示四氢异喹啉;
取式4所示四氢异喹啉,添加HCO2Na和钯催化剂,在温度为95-105℃的惰性气氛下发生闭环反应,制备得到式5所示化合物;
取式5所示化合物进行催化氢化反应,将得到的产物溶于乙醇中,加入I2反应,制备得到式1所示药物分子;
5.如权利要求4所述的药物分子在制备治疗甲型流感病毒药物中的应用,其特征在于,所述钯催化剂为Pd(PPh3)4。
6.如权利要求4所述的药物分子在制备治疗甲型流感病毒药物中的应用,其特征在于,所述催化氢化反应的催化剂为PtO2,反应溶剂为乙酸。
7.如权利要求4-6任一项所述的药物分子在制备治疗甲型流感病毒药物中的应用,其特征在于,所述碳酸钾或碳酸钠的溶液为碳酸钾或碳酸钠的甲醇溶液。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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