新型4-噻唑烷酮衍生物及其抗病毒活性研究進展

張強強， 劉新泳

(山東大學(xué)藥學(xué)院藥物化學(xué)教研室，山東濟南250012)

在過去的幾十年間，含有兩個雜原子的4-噻唑烷酮逐漸引起了藥學(xué)研究者們的關(guān)注，大量的研究發(fā)現(xiàn)，它是一個非常重要的生物活性結(jié)構(gòu)，其C-2、N-3和C-5位可被各種取代基取代，形成具有抗病毒、抗菌、抗結(jié)核、抗炎、抗癌、抗驚厥、抗組胺、催眠、驅(qū)蟲、卵泡刺激素受體激動劑等多重活性以及心腦血管作用的衍生物(1)［1］。其中，4-噻唑烷酮衍生物的抗病毒活性研究取得了長足進展，推動了新型抗病毒藥物的開發(fā)。

1 2，3-二取代的4-噻唑烷酮衍生物

1.1 抗人類免疫缺陷病毒活性

在過去的30年里，全球約有3 300萬人受到了人類免疫缺陷病毒(HIV)感染，并有2 500萬人因罹患艾滋病而死亡［2］。因此，開發(fā)高效、安全的抗HIV藥物一直是藥學(xué)研究者追求的目標(biāo)。

近年來，有諸多文獻報道，由噻唑并［3，4-a］苯并咪唑(TBZ)類化合物［如TBZ1(2)和TBZ2(3)］衍生的2，3-二芳基取代的4-噻唑烷酮衍生物具有高抗HIV-1活性，且細胞毒性低。這類4-噻唑烷酮衍生物基本上均屬于非核苷逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑，即通過抑制HIV-1的逆轉(zhuǎn)錄過程而抑制病毒的復(fù)制。

Rawal等［3］合成了一系列C-2位被2，6-二鹵代苯基和N-3位被嘧啶基取代的4-噻唑烷酮衍生物，并對其抗HIV-1活性進行了評價。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其中化合物4和5能有效抑制HIV-1的復(fù)制，EC50達22～28 nmol·L－1，選擇性指數(shù)［SI，即半數(shù)細胞毒性濃度(CC50)與EC50或IC50的比值］大于10 000;其在MT-4細胞系中的抗HIV-1活性比TBZ1高10倍，而在 CEM細胞系中的抗 HIV-1活性比TBZ1高500倍。此外，Rao等［4］也合成了一系列此類化合物，體外實驗發(fā)現(xiàn)，其中化合物6在MT-4細胞系中的抗 HIV-1活性比 TBZ1高近20倍，EC50達0.017μmol·L－1，SI為9 521，但由于其靶標(biāo)是HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶，所以它對逆轉(zhuǎn)錄酶K103N/ Y181C突變株的抑制活性降低。

Rao等［5］還合成了一系列在C-2和N-3位用苯基取代的4-噻唑烷酮衍生物，體外實驗發(fā)現(xiàn)，其中某些化合物對MT-4細胞中HIV-1的復(fù)制有很好的抑制活性，尤以化合物7～10的活性最好，EC50分別為0.080、0.086、0.128和0.156μmol·L－1。

Barreca等［6-8］以TBZ類化合物為先導(dǎo)物，設(shè)計并合成了一系列2，3-二芳基取代的4-噻唑烷酮化合物。體外實驗發(fā)現(xiàn)，這些化合物能有效抑制HIV-1的復(fù)制，其中化合物11～14對MT-4細胞中HIV-1復(fù)制的抑制活性最好，EC50分別為0.030、0.044、0.053和0.082μmol·L－1，SI分別為1 066、6 470、601和1 536，均顯著優(yōu)于TBZ類化合物(EC50=0.352μmol·L－1，SI=54.5)。

Rao等［9］也合成了若干新型2，3-二芳基取代的4-噻唑烷酮衍生物，體外實驗表明，這些化合物在30～50 nmol·L－1的濃度下可有效抑制HIV-1復(fù)制，且細胞毒性低，尤以化合物15～18的活性最好，IC50分別為0.050、0.030、0.034和0.045μmol·L－1。

Murugesan等［10］對4-噻唑烷酮的 C-2和 N-3位取代基進行優(yōu)化，合成了17個化合物。抗HIV活性實驗顯示，其中化合物19～22對HIV逆轉(zhuǎn)錄酶的抑制活性最好，在TZM-bl細胞系中對HIV-1 IIIB病毒株的EC50為0.09～0.80 mg·L－1。構(gòu)效關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，在4-噻唑烷酮N-3位的芳雜環(huán)上引入大的親脂性基團和把C-2位上苯環(huán)的C-4' (苯環(huán)對位的C原子)換成生物電子等排的三價N或二價基團，有利于增強這類化合物的抗HIV活性。

鑒于含有異硫脲或硫脲官能團的化合物有很好的抗HIV-1活性，Rawal等［11］基于先導(dǎo)化合物23合成了一系列2-芳基-3-芳雜環(huán)取代的4-噻唑烷酮衍生物，體外活性測試發(fā)現(xiàn)，其中化合物24對 MT-4細胞中HIV-1復(fù)制有顯著的抑制活性，EC50為0.26μmol·L－1，活性高于陽性對照藥TBZ類化合物(EC50=0.35μmol·L－1)。

Balzarini等［12-13］報道了一系列C-2或N-3位被金剛烷取代的4-噻唑烷酮衍生物，其中化合物25為外消旋體，抑制HIV-1復(fù)制的EC50為0.35μmol·L－1，SI為 120，但其(－)-異構(gòu)體活性較低，EC50為12μmol·L－1，SI為3.8，而(+)-異構(gòu)體活性較高，EC50為0.178μmol·L－1，SI為198;另一化合物26抑制 CEM細胞系中 HIV-1復(fù)制的 EC50為0.67 μmol·L－1;而化合物27～29的抗HIV活性(EC50= 1.0～2.0μmol·L－1)則均明顯低于陽性對照藥奈韋拉平(EC50=0.12μmol·L－1)，且細胞毒性較大。

Ravichandran等［14］通過CoMFA和CoMSIA兩個計算模型構(gòu)建了一類新型4-噻唑烷酮衍生物(30)的三維定量構(gòu)效關(guān)系(3D-QSAR)，并由此預(yù)測了113個化合物的抗HIV活性。結(jié)果顯示，在芳環(huán)的3'、2″和5″位引入CN、F、Br、Cl等電負性基團時，可增強靜電場作用，提高化合物活性，而在4'位引入電負性基團時，則會降低化合物活性;在2'、4'、2″、3″和5″位引入空間位阻較大的基團時，會導(dǎo)致化合物活性降低。

1.2 抗流感病毒活性

流感是由流感病毒引起的流行性疾病，嚴(yán)重時可能威脅到人的生命。近幾十年來，全球每年有25萬～50萬人死于流感或流感病毒感染引起的并發(fā)癥［15-16］。

近年來，有關(guān)4-噻唑烷酮衍生物抗流感病毒活性研究的報道相對較少。Ravichandran等［17］設(shè)計、合成了一系列4-噻唑烷酮衍生物，并考察了其抗病毒活性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其中化合物31能有效抑制A型流感病毒H3N2亞型和B型流感病毒的復(fù)制，EC50分別為249和263μmol·L－1，且 CC50均大于283μmol·L－1。

2 2,3,5-三取代的4-噻唑烷酮衍生物

2.1 抗人類免疫缺陷病毒活性

諸多研究表明，具有抗HIV活性的2，3，5-三取代的4-噻唑烷酮衍生物主要是HIV逆轉(zhuǎn)錄酶和整合酶抑制劑，分別通過抑制HIV的逆轉(zhuǎn)錄過程和抑制HIV前病毒DNA插入到宿主染色體中而抑制HIV復(fù)制。如Rawal等［18-19］合成的2，3，5-三取代的4-噻唑烷酮衍生物(32)對MT-4細胞中HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶有很好的抑制活性，EC50為0.204μmol·L－1，且細胞毒性很低。

定量構(gòu)效關(guān)系研究表明，對于該類化合物，在C-2位上引入除2，6-二鹵代苯基以外的其他基團，都可能導(dǎo)致其活性降低，且在C-5位上引入基團，也會導(dǎo)致其活性降低，但在N-3位上引入糠基，則能增強其活性。

Dayam等［20］以第1代 HIV整合酶抑制劑 S-1360(33)及其衍生物為先導(dǎo)化合物，建立了一個β-二酮酸的藥效團假說，并從15萬個相關(guān)分子結(jié)構(gòu)中篩選出1 700個化合物與HIV整合酶進行分子對接，最后對其中110個對接效果較好的化合物進行活性測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些化合物的結(jié)構(gòu)中同時含有水楊酸基團和硫氰酸基團時，其對HIV整合酶表現(xiàn)出較強的抑制活性，而僅含其中1個基團時，其活性便會降低甚至消失;其中化合物34～39的活性最好，IC50分別為(17±11)、(15±10)、(15±3.0)、(36±23)、(32±14)和(33±23)μmol·L－1。

Ramkumar等［21］將上述化合物結(jié)構(gòu)中的脂肪鏈換成硫代酰胺鏈，水楊酸基團和C-5位上的芳基均換成其他取代苯基，設(shè)計、合成了49個新型4-噻唑烷酮衍生物，并對其抑制HIV整合酶活性進行了測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其中化合物40～44的活性最好，但除了化合物41，活性均低于化合物35和36。

2.2 抗丙型肝炎病毒活性

目前全球丙型肝炎病毒(HCV)感染者人數(shù)已近1.7億，且其病情有可能進一步發(fā)展為肝硬化和肝癌［22］。自1989年首次發(fā)現(xiàn)HCV以來，研究與開發(fā)的抗HCV藥物大多是靶向HCV的各種酶，特別是NS3-4A絲氨酸蛋白酶和NS5B RNA聚合酶。具有抗HCV活性的4-噻唑烷酮衍生物BMS-858(45)和BMS-824(46)的作用靶點就是NS5B RNA聚合酶，通過抑制HCV生命周期中的多功能蛋白NS5B的高度磷酸化而達到抑制HCV復(fù)制的目的［23］?；钚栽囼灲Y(jié)果顯示，BMS-858和BMS-824抑制Huh-7細胞系中HCV復(fù)制的EC50分別為0.57μmol·L－1和5 nmol·L－1，后者活性幾乎是前者的100倍［24-26］。

在Rawal等［27］合成的一系列新的2，3-二芳基-4-噻唑烷酮衍生物中，化合物47～51在0.25 mmol· L－1濃度下對HCV NS5B RNA聚合酶活性的抑制率均達95%以上，且化合物47和49的IC50僅分別為31.9和32.2μmol·L－1。

此外，Ramkumar等［21］報道的化合物52為一種HCV NS3蛋白抑制劑。HCV NS3蛋白在病毒體的成熟和復(fù)制中起著重要作用，是近年來抗HCV藥物研究的又一重要靶點。

3 結(jié)語

現(xiàn)在研究發(fā)現(xiàn)的具抗病毒活性的4-噻唑烷酮衍生物大多為抗HIV、抗HCV和抗流感病毒的活性化合物，但可以相信，隨著結(jié)構(gòu)生物學(xué)和計算機輔助藥物設(shè)計技術(shù)的發(fā)展以及對4-噻唑烷酮衍生物的生物學(xué)活性與構(gòu)效關(guān)系研究的深入，對4-噻唑烷酮基本骨架進行適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)修飾和改造，必將會設(shè)計并合成出更多的高效低毒、適于臨床使用的新型4-噻唑烷酮類抗病毒藥物。

［1］ Verma A，Saraf S K.4-thiazolidinonea biologically active scaffold［J］.Eur J Med Chem，2008，43(5): 897-905.

［2］ Summers M F，Karn J.Special issue:structural and molecular biology of HIV［J］.J Mol Biol，2011，410(4): 489-490.

［3］ Rawal R K，TripathiR，Katti SB，etal.Synthesis and evaluation of 2-(2，6-dihalophenyl)-3-pyrimidinyl-1，3-thiazolidin-4-one analogues as anti-HIV-1 agents［J］.Bioorg Med Chem，2007，15(9):3134-3142.

［4］ Rao A，Balzarini J，Carbone A，et al.2-(2，6-Dihalophenyl)-3-(pyrimidin-2-yl)-1，3-thiazolidin-4-ones as nonnucleoside HIV-1 reverse transcriptase inhibitors［J］.Antiviral Res，2004，63(2):79-84.

［5］ Rao A，Carbone A，Chimirri A，et al.Synthesis and anti-HIV activity of 2，3-diaryl-1，3-thiazolidin-4-ones［J］.Farmaco，2003，58(2):115-120.

［6］ Barreca M L，Balzarini J，Chimirri A，et al.Design，synthesis，structure-activity relationships，and molecular modeling studies of 2，3-diaryl-1，3-thiazolidin-4-ones as potent anti-HIV agents［J］.JMed Chem，2002，45(24): 5410-5413.

［7］ Barreca M L，Chimirri A，De Luca L，et al.Discovery of 2，3-diaryl-1，3-thiazolidin-4-ones as potent anti-HIV-1 agents［J］.Bioorg Med Chem Lett，2001，11(13): 1793-1796.

［8］ Barreca M L，Chimirri A，De Clercq E，et al.Anti-HIV agents:design and discovery of new potent RT inhibitors［J］.IL Farmaco，2003，58(3):259-263.

［9］ Rao A，Balzarini J，Carbone A，et al.Synthesis of new 2，3-diaryl-1，3-thiazolidin-4-ones as anti-HIV agents［J］.IL Farmaco，2004，59(1):33-39.

［10］Murugesan V，Tiwari V S，Saxena R，et al.Lead optimization at C-2 and N-3 positions of thiazolidin-4-ones as HIV-1 non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors［J］.Bioorg Med Chem，2011，19(22):6919-6926.

［11］Rawal R K，Tripathi R，Katti SB，et al.Design，synthesis，and evaluation of 2-aryl-3-heteroaryl-1，3-thiazolidin-4-ones as anti-HIV agents［J］.Bioorg Med Chem，2007，15 (4):1725-1731.

［12］ Balzarini J，Orzeszko-Krzesinska B，Maurin J K，et al.Synthesis and anti-HIV studies of 2-and 3-adamantylsubstituted thiazolidin-4-ones［J］.Eur J Med Chem，2009，44(1):303-311.

［13］Balzarini J，Orzeszko B，Maurin J K，et al.Synthesis and anti-HIV studies of2-adamantyl-substituted thiazolidin-4-ones［J］.Eur JMed Chem，2007，42(7):993-1003.

［14］Ravichandran V，Prashantha Kumar B R，Sankar S，et al.Predicting anti-HIV activity of1，3，4-thiazolidinone derivatives:3D-QSAR approach［J］.Eur JMed Chem，2009，44(3):1180-1187.

［15］Liu Y，Jing F，Xu Y，et al.Design，synthesis and biological activity of thiazolidine-4-carboxylic acid derivatives as novel influenza neuraminidase inhibitors［J］.Bioorg Med Chem，2011，19(7):2342-2348.

［16］Tumpey TM，Belser JA.Resurrected pandemic influenza viruses［J］.Annu Rev Microbiol，2009，63:79-98.

［17］Ravichandran V，Jain A，Kumar K S，etal.Design，synthe-sis，and evaluation of thiazolidinone derivatives as antimicrobial and anti-viral agents［J］.Chem Biol Drug Des，2011，78(3):464-470.

［18］Rawal R K，Solomon V R，Prabhakar Y S，et al.Synthesis and QSAR studies on thiazolidinones as anti-HIV agents［J］.Comb Chem High Throughput Screen，2005，8(5): 439-443.

［19］Rawal R K，Prabhakar Y S，Katti SB，et al.2-(Aryl)-3-furan-2-ylmethyl-thiazolidin-4-ones as selective HIV-RT inhibitors［J］.Bioorg Med Chem，2005，13(24): 6771-6776.

［20］Dayam R，Sanchez T，Clement O，et al.Beta-diketo acid pharmacophore hypothesis.1.Discovery of a novel class of HIV-1 integrase inhibitors［J］.JMed Chem，2005，48 (1):111-120.

［21］Ramkumar K，Yarovenko V N，Nikitina A S，etal.Design，synthesis and structure-activity studies of rhodanine derivatives as HIV-1 integrase inhibitors［J］.Molecules，2010，15(6):3958-3992.

［22］Aly H H，Shimotohno K，Hijikata M，et al.In vitro modelsfor analysis of the hepatitis C virus life cycle［J］.Microbiol Immunol，2012，56(1):1-9.

［23］Gao M，Nettles R E，Belema M，et al.Chemical genetics strategy identifies an HCV NS5A inhibitor with a potent clinical effect［J］.Nature，2010，465(7294):96-100.

［24］Lemm J A，O'Boyle D，II，Liu M，et al.Identification of hepatitis C virus NS5A inhibitors［J］.J Virol，2010，84 (1):482-491.

［25］Lemm JA，Leet JE，O'Boyle D R，II，et al.Discovery of potent hepatitis C virus NS5A inhibitors with dimeric structures［J］.Antimicrob Agents Chemother，2011，55 (8):3795-3802.

［26］Keller T H，Shi P Y，Wang Q Y.Anti-infectives:can cellular screening deliver?［J］.Curr Opin Chem Biol，2011，15(4):529-533.

［27］Rawal R K，Katti SB，Kaushik-Basu N，et al.Non-nucleoside inhibitors of the hepatitis C virus NS5B RNA-dependant RNA polymerase:2-aryl-3-heteroaryl-1，3-thiazolidin-4-one derivatives［J］.Bioorg Med Chem Lett，2008，18(23):6110-6114.