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艾滋病即“获得性免疫缺陷综合征”(AcquiredImmunodeficiencySyndrome，AIDS)是一种危害人类健康的重大传染性疾病，它传播速度快，病死率极高，在全世界的广泛流行阻碍了经济的发展，已成为十分紧迫的社会问题。人类免疫缺陷病毒1（HumanImmunodeficiencyVirus，HIV-1）是引起AIDS的主要病原体，在HIV-1的生命周期中，抑制一些关键的酶或蛋白即可阻断整个HIV-1生命周期，从而抑制病毒的复制和传播。整合酶(integrase，IN)是HIV-1生命周期中关键的酶，它负责将病毒DNA(ViralDNA，vDNA)整合到宿主DNA(TargetDNA，tDNA)中，并且人体中没有该酶的类似物，因此，理论上抑制该酶不会对人体产生严重的副作用，是设计新型抗HIV-1药物的理想靶点。
2007年美国FDA批准上市了第一个用于治疗AIDS的IN抑制剂雷特格韦(Raltegravir，RAL)，奠定了IN抑制剂在AIDS治疗中的基础地位。虽然RAL已经成功的上市，并对AIDS治疗做出了巨大的贡献，但RAL的两个缺陷却限制了其应用:1)RAL必须一天服用两次;2）临床上已经出现对RAL具有耐受性的病毒株。这需要继续努力去发展第二代IN抑制剂。在进行第二代IN抑制剂的研究中，有三个主要目标:1）得到比RALIN抑制活性更强的化合物;2）得到对RAL具有耐受性的变异病毒株也具有抑制活性的化合物;3）得到具有更好的药物代谢动力学性质的化合物，从而克服RAL必须一天服用两次的缺点。
本文以HIV-1IN为靶点，基于IN与RAL的共结晶结构以及IN与IN抑制剂的作用模式，分别以羟基嘧啶酮和多羟基酚为母核，进行结构修饰和改造，设计合成了三系列新型HIV-1IN抑制剂(N-1位取代羟基嘧啶酮类化合物、双芳香环取代羟基嘧啶酮类化合物和含氮多羟基酚类化合物)，并对这些化合物的HIV-1IN抑制活性、细胞内抗病毒活性和细胞毒性进行了测定。另外，我们以辉瑞公司最新报道具有较强IN抑制活性的一类新型HIV-1IN抑制剂-杂氮吲哚类化合物为模板，进行了以分子对接(Docking)为基础的三维定量构效关系(Three-dimensionalQuantitativeStructure-activityRelationship,3D-QSAR)研究。
我们以三甲基乙腈为原料，经亲核加成反应、重排成环反应、酰化反应、亲核取代反应、胺酯交换反应，最后利用饱和氯化氢气体的乙酸乙酯溶液脱去叔丁氧基羰基(t-ButyloxyCarbonyl，Boc)得到N-1位取代羟基嘧啶酮类化合物，其钠盐通过目标产物与NaOH溶液反应得到;双芳香环取代羟基嘧啶酮类化合物的合成我们开发了两条路线:第一条合成路线以苄醇和苯腈为主要原料，合成了羟基嘧啶酮环2位取代基为苯基的衍生物，第二条合成路线以取代苯腈和盐酸羟胺为主要原料，合成了羟基嘧啶酮环2位取代基为取代苯基的衍生物。第一条合成路线需亲核取代、亲核加成、分子间重排成环、氢化还原、胺酯交换等8步反应，其中中间体17和20进行成环重排的产率较低。而第二条合成路线需亲核加成、分子内重排成坏、胺酯交换等4步反应，反应步骤少，重排成环的产率较高;含氮多羟基酚类化合物的合成是以取代苯胺和咖啡酸或没食子酸为原料，经磺酰化反应、水解反应、乙酰化保护、酰化反应、脱保护等反应得到目标化合物。在3D-QSAR研究中，我们首先对杂氮吲哚类化合物中HIV-1IN抑制活性最好的化合物36进行Docking，并以化合物36最好的Docking构像为模板进行分子构建和分子叠合，紧接着进行比较分子场分析(ComparativeMolecularFieldAnalysis，CoMFA)和比较分子相似性分析(ComparativeMolecularSimilarityIndicesAnalysis，CoMSIA)研究。根据CoMFA和CoMSIA模型结果我们设计了一系列新型杂氮吲哚类化合物并用CoMFA和CoMSIA模型预测了其HIV-1IN活性。
本文共设计合成了60个目标化合物，其结构通过核磁共振氢谱(1H-NuclearMagneticResonance，1H-NMR)和高分辨质谱(HighResolutionMassSpectra,HRMS)等方法进行了确证，并用高效液相色谱（HighPerformanceLiquidChromatography,HPLC）进行了纯度分析。经查阅文献证实，所合成的目标化合物均为新化合物，未见文献报道。
羟基嘧啶酮环N-1位取代基主要与药物理化性质和代谢动力学性质有关，为了得到具有更好的药物代谢动力学性质并保留强IN抑制活性的化合物，我们改变N-1位上的取代基得到一系列N-1位取代羟基嘧啶酮类化合物。体外抑酶实验显示，N-1位取代羟基嘧啶酮类化合物为选择性链转移反应(StrandTransfer,ST)抑制剂，大部分该类化合物具有强的ST抑制活性。化合物12a在这一系列化合物中ST抑制活性最高，其IC50值与先导化合物1完全一样，为2μM。化合物12e和12g也具有与先导化合物1相似的ST抑制活性，其IC50值均为3μM。分析此类化合物的结构发现:在羟基嘧啶酮环N-1位引入酰胺基团比引入磺酰胺基团更有利于提高活性;在N-1位的酰胺基团上引入的取代基体积越小，越有利于活性。通过Docking研究发现，该类化合物与RAL具有相似的作用模式，在N-1位上引入的取代基能够替代RALC-2位上的噁二唑酰胺结构占据IN催化中心右边的空腔。
为了增强化合物与IN催化中心的氨基酸残基Typ211的相互作用，提高化合物的IN抑制活性，我们在羟基嘧啶酮环的C-2位上引入取代苯环得到一系列双芳香环取代羟基嘧啶酮类化合物。体外抑酶实验显示，双芳香环取代羟基嘧啶酮类化合物既有3’-加工（3’-Processing，3’-P）抑制活性，又有ST抑制活性，其ST抑制活性明显高于3’-P抑制活性，并且该类化合物的ST抑制活性比N-1位取代羟基嘧啶酮类化合物和先导化合物1更强。与先导化合物1相比，化合物23c、23j和23t的ST抑制活性提高3倍。分析此类化合物的结构发现:在羟基嘧啶酮环C-2位和C-4的苯环上引入卤素取代基可提高化合物的IN抑制活性;在C-2位和C-4位苯环的4位上引入卤素取代基，其活性增强效果最显著。通过Docking研究发现，该类化合物羟基嘧啶酮环C-2位的取代苯坏能够与IN氨基酸残基Typ211的苯环相互作用，因此增强了其IN抑制活性。细胞内抗病毒活性实验显示，该类化合物也具有较强的细胞内抗病毒活性，化合物23c、23n和23s具有最强的细胞内抗病毒活性，其EC50分别为1.72μM、1.91μM和1.3μM。
为了得到对RAL具有耐受性的变异病毒株也具有IN抑制活性的化合物，我们以咖啡酸苯乙酯(CaffeicAcidPhenylethylEster，CAPE)为先导设计合成了一系列含氮多羟基酚类化合物。该类化合物的IN抑制机制与RAL等α，γ-二酮衍生物不同，因此会对RAL具有耐受性的变异病毒株也产生抑制作用。体外抑酶实验显示，含氮多羟基酚类化合物具较强的3’-P和ST抑制活性，化合物33k在这一系列化合物中的IN抑制活性最强，其抑制3’-P和ST的IC50值分别为1.3μM和0.8μM。分析此类化合物的结构可知:在化合物左边儿茶酚基团上引入第三个羟基能够显著提高其IN抑制活性;儿茶酚基团与酰胺之间双键的有无对活性影响不大;增加磺酰胺基团与右边苯环之间的碳链长度不利于活性，减少碳链长度有利于活性。但细胞内抗病毒实验显示这些化合物大多具有较强的细胞毒性，其抗病毒活性浓度在细胞毒性浓度之上。只有化合物33e具有中等的抗病毒活性，其抗病毒活性EC50值为13μM，细胞毒性CC50值为49μM，选择性指数约为4。
我们以60个杂氮吲哚类化合物为模板建立的以Docking为基础的CoMFA和CoMSIA模型具有很好的内部预测性能和外部预测性能。CoMFA的交叉验证相关系数(q2)为0.655，非交叉验证相关系数(r2)为0.989，测试集非交叉验证相关系数（r2pred）为0.979;CoMSIA的q2为0.719，r2为0.992，r2pred为0.953。根据所建立的CoMFA和CoMSIA模型我们设计了12个新的杂氮吲哚类化合物并且用CoMFA和CoMSIA模型预测其活性，发现这些新设计的化合物均具有很好的预测活性，为进一步的合成提供了好的选择。
以上研究结果为我们进一步设计合成新的HIV-1IN抑制剂奠定了基础。