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艾滋病(Acquired immune deficiency syndrome，AIDS)是由人免疫缺陷病毒Ⅰ型(Human immunodeficiency virus，HIV-1)引起的一种破坏人体免疫系统的慢性传染病。HIV-1生命周期中，逆转录酶(Reverse transcriptase，RT)在病毒逆转录过程中具有关键作用，是研发抗艾滋病药物的理想靶点。根据作用机制的不同，目前临床应用的HIV-1逆转录酶抑制剂(RTIs)可被分为核苷（酸）类逆转录酶抑制剂（Nucleoside/Nucleotide reverse transcriptase inhibitors，NRTIs/NtRTIs）和非核苷类逆转录酶抑制剂(Non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors，NNRTIs)。已上市的NNRTIs具有高选择性、强抗病毒活性、低细胞毒性的优势，使得其成为高效抗逆转录疗法（Highly active antiretroviral therapy，HAART）的重要组分。但是长期服药后出现的耐药性、毒副作用等问题严重限制了其临床应用，研发高效、低毒、抗耐药性的非核苷类逆转录酶抑制剂仍然是目前抗HIV-1药物研究的重大科研任务。
随着HIV相关的结构生物学快速发展，许多NNRTIs/RT复合物的共晶结构被详细解析，具有抗耐药性的抑制剂与RT的结合模式得到深刻认识，为新一代高效抗耐药NNRTIs的研发提供了有用的线索。NNRTIs结构的高度柔性与结合口袋内高度保守氨基酸残基的存在为二芳基嘧啶(DAPY)类NNRTIs的结构修饰提供了巨大的可能性。本论文根据NNRTIs与靶标的结合模式，运用结构生物学信息、计算机辅助药物设计和药物化学基本原理等，在DAPYs左翼疏水作用区部位进行了结构多样性修饰探索，开展了以下两个方面的研究工作:靶向NNIBP疏水作用区的DAPY类HIV-1NNRTIs的设计、合成与活性评价
为解决第二代NNRTIs上市药物利匹韦林（RPV）所存在的细胞毒性强（脱靶效应）、溶解度差和易产生耐药突变株等问题，根据RPV/RT共晶结构中结合口袋(NNIBP)的主要特征，采取生物电子等排策略对RPV左翼氰基乙烯基所处的NNIBP疏水作用区进行了结构多样性修饰，以期与周围保守氨基酸残基产生新的结合力，探索NNIBP的“蛋白-溶剂”界面，在保障活性的前提下改善RPV的细胞毒性，共设计合成了16个结构新颖的DAPYs类HIV-1抑制剂。
首先利用MTT法对所有目标化合物进行了抗HIV-1体外细胞水平活性测试。测试结果表明，该系列的大部分化合物对HIV-1野生株表现出几十个纳摩尔到亚微摩尔的抑制活性。除FS13外，其他化合物的EC50值介于16nM-0.722μM。FS2对HIV-1野生型显示出最强的抑制活性，其EC50值为16nM，优于阳性对照药3TC(EC50=5.234μM)、NVP(EC50=0.16μM)，与AZT(EC50=0.021μM)相当，但仍弱于第二代NNRTIs的ETV(EC50=3nM)和RPV(EC50=1.3nM)。在抗耐药株活性测试中，FS2对HIV-1临床常见单突变株K103N(EC50=39nM)的抑制活性优于上市药物3TC、NVP、EFV(EC50=2.792，6.745，0.103μM)，还对具有严重耐药性的RES056(K103N+Y181C)毒株具有一定的活性(EC50=1.463μM)。同时，与RPV(CC50=4.38μM)相比，有7个化合物的细胞毒性降低3.8-51.8倍，初步改善了先导化合物RPV的毒性问题。然后，我们通过HIV-1逆转录酶抑制实验进一步确认了新合成小分子的作用靶标。目标化合物的初步构效关系(SAR)与分子模拟研究等也在本章节进行了探讨。
基于高效模块反应微量合成与快速筛选技术发现新型DAPY类NNRTIs
通过模块反应的微量合成来构建优势片段组合库，并运用快速筛选技术是快速发现药物先导化合物的有效途径。第三章采用基于靶标结构的合理药物设计策略，靶向NNIBP的疏水作用区，利用羟胺-醛模块化反应建立了“肟”化合物组合库（116个）。首先对所得组合库的化合物进行了单一浓度下(1.0μM)抑酶活性水平测试，筛选得到5个苗头化合物(FQ53、FQ54、FQ77、FQ78、FQ79)并进行了抑酶实验测试。抗HIV-1RT实验结果评价，有4个化合物的抗病毒效果（IC50:0.34～0.39μM）与阳性对照RPV(IC50=0.23μM)相当。随后，对初筛所得苗头化合物完成了毫克级的合成并经波谱确证结构。目前，苗头化合物的体外细胞(MT4)水平抗HIV-1的活性测试正在进行中。
综上，为提高DAPYs对HIV-1临床常见突变株的抑制活性，降低化合物的细胞毒性的问题，我们基于靶标的合理药物设计，利用计算机辅助药物设计方法与基于点击化学和快速筛选的技术，对第二代NNRTIs中的RPV进行了结构多样性修饰，共设计合成了16个结构全新的DAPY类NNRTIs与116个“肟”化合物的NNRTIs组合库。经细胞水平及酶水平的生物活性测试，多个化合物对HIV-1野生株及单突变株(K103N)具有较好的抑制活性，有望通过后期的修饰探索发现高效、抗耐药、且理化性质良好的先导化合物。
随着HIV相关的结构生物学快速发展，许多NNRTIs/RT复合物的共晶结构被详细解析，具有抗耐药性的抑制剂与RT的结合模式得到深刻认识，为新一代高效抗耐药NNRTIs的研发提供了有用的线索。NNRTIs结构的高度柔性与结合口袋内高度保守氨基酸残基的存在为二芳基嘧啶(DAPY)类NNRTIs的结构修饰提供了巨大的可能性。本论文根据NNRTIs与靶标的结合模式，运用结构生物学信息、计算机辅助药物设计和药物化学基本原理等，在DAPYs左翼疏水作用区部位进行了结构多样性修饰探索，开展了以下两个方面的研究工作:靶向NNIBP疏水作用区的DAPY类HIV-1NNRTIs的设计、合成与活性评价
为解决第二代NNRTIs上市药物利匹韦林（RPV）所存在的细胞毒性强（脱靶效应）、溶解度差和易产生耐药突变株等问题，根据RPV/RT共晶结构中结合口袋(NNIBP)的主要特征，采取生物电子等排策略对RPV左翼氰基乙烯基所处的NNIBP疏水作用区进行了结构多样性修饰，以期与周围保守氨基酸残基产生新的结合力，探索NNIBP的“蛋白-溶剂”界面，在保障活性的前提下改善RPV的细胞毒性，共设计合成了16个结构新颖的DAPYs类HIV-1抑制剂。
首先利用MTT法对所有目标化合物进行了抗HIV-1体外细胞水平活性测试。测试结果表明，该系列的大部分化合物对HIV-1野生株表现出几十个纳摩尔到亚微摩尔的抑制活性。除FS13外，其他化合物的EC50值介于16nM-0.722μM。FS2对HIV-1野生型显示出最强的抑制活性，其EC50值为16nM，优于阳性对照药3TC(EC50=5.234μM)、NVP(EC50=0.16μM)，与AZT(EC50=0.021μM)相当，但仍弱于第二代NNRTIs的ETV(EC50=3nM)和RPV(EC50=1.3nM)。在抗耐药株活性测试中，FS2对HIV-1临床常见单突变株K103N(EC50=39nM)的抑制活性优于上市药物3TC、NVP、EFV(EC50=2.792，6.745，0.103μM)，还对具有严重耐药性的RES056(K103N+Y181C)毒株具有一定的活性(EC50=1.463μM)。同时，与RPV(CC50=4.38μM)相比，有7个化合物的细胞毒性降低3.8-51.8倍，初步改善了先导化合物RPV的毒性问题。然后，我们通过HIV-1逆转录酶抑制实验进一步确认了新合成小分子的作用靶标。目标化合物的初步构效关系(SAR)与分子模拟研究等也在本章节进行了探讨。
基于高效模块反应微量合成与快速筛选技术发现新型DAPY类NNRTIs
通过模块反应的微量合成来构建优势片段组合库，并运用快速筛选技术是快速发现药物先导化合物的有效途径。第三章采用基于靶标结构的合理药物设计策略，靶向NNIBP的疏水作用区，利用羟胺-醛模块化反应建立了“肟”化合物组合库（116个）。首先对所得组合库的化合物进行了单一浓度下(1.0μM)抑酶活性水平测试，筛选得到5个苗头化合物(FQ53、FQ54、FQ77、FQ78、FQ79)并进行了抑酶实验测试。抗HIV-1RT实验结果评价，有4个化合物的抗病毒效果（IC50:0.34～0.39μM）与阳性对照RPV(IC50=0.23μM)相当。随后，对初筛所得苗头化合物完成了毫克级的合成并经波谱确证结构。目前，苗头化合物的体外细胞(MT4)水平抗HIV-1的活性测试正在进行中。
综上，为提高DAPYs对HIV-1临床常见突变株的抑制活性，降低化合物的细胞毒性的问题，我们基于靶标的合理药物设计，利用计算机辅助药物设计方法与基于点击化学和快速筛选的技术，对第二代NNRTIs中的RPV进行了结构多样性修饰，共设计合成了16个结构全新的DAPY类NNRTIs与116个“肟”化合物的NNRTIs组合库。经细胞水平及酶水平的生物活性测试，多个化合物对HIV-1野生株及单突变株(K103N)具有较好的抑制活性，有望通过后期的修饰探索发现高效、抗耐药、且理化性质良好的先导化合物。