新型4-噻唑烷酮衍生物及其抗病毒活性研究进展

张强强， 刘新泳

(山东大学药学院药物化学教研室，山东济南250012)

在过去的几十年间，含有两个杂原子的4-噻唑烷酮逐渐引起了药学研究者们的关注，大量的研究发现，它是一个非常重要的生物活性结构，其C-2、N-3和C-5位可被各种取代基取代，形成具有抗病毒、抗菌、抗结核、抗炎、抗癌、抗惊厥、抗组胺、催眠、驱虫、卵泡刺激素受体激动剂等多重活性以及心脑血管作用的衍生物(1)［1］。其中，4-噻唑烷酮衍生物的抗病毒活性研究取得了长足进展，推动了新型抗病毒药物的开发。

1 2，3-二取代的4-噻唑烷酮衍生物

1.1 抗人类免疫缺陷病毒活性

在过去的30年里，全球约有3 300万人受到了人类免疫缺陷病毒(HIV)感染，并有2 500万人因罹患艾滋病而死亡［2］。因此，开发高效、安全的抗HIV药物一直是药学研究者追求的目标。

近年来，有诸多文献报道，由噻唑并［3，4-a］苯并咪唑(TBZ)类化合物［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，且细胞毒性低。这类4-噻唑烷酮衍生物基本上均属于非核苷逆转录酶抑制剂，即通过抑制HIV-1的逆转录过程而抑制病毒的复制。

Rawal等［3］合成了一系列C-2位被2，6-二卤代苯基和N-3位被嘧啶基取代的4-噻唑烷酮衍生物，并对其抗HIV-1活性进行了评价。结果发现，其中化合物4和5能有效抑制HIV-1的复制，EC50达22～28 nmol·L－1，选择性指数［SI，即半数细胞毒性浓度(CC50)与EC50或IC50的比值］大于10 000;其在MT-4细胞系中的抗HIV-1活性比TBZ1高10倍，而在 CEM细胞系中的抗 HIV-1活性比TBZ1高500倍。此外，Rao等［4］也合成了一系列此类化合物，体外实验发现，其中化合物6在MT-4细胞系中的抗 HIV-1活性比 TBZ1高近20倍，EC50达0.017μmol·L－1，SI为9 521，但由于其靶标是HIV-1逆转录酶，所以它对逆转录酶K103N/ Y181C突变株的抑制活性降低。

Rao等［5］还合成了一系列在C-2和N-3位用苯基取代的4-噻唑烷酮衍生物，体外实验发现，其中某些化合物对MT-4细胞中HIV-1的复制有很好的抑制活性，尤以化合物7～10的活性最好，EC50分别为0.080、0.086、0.128和0.156μmol·L－1。

Barreca等［6-8］以TBZ类化合物为先导物，设计并合成了一系列2，3-二芳基取代的4-噻唑烷酮化合物。体外实验发现，这些化合物能有效抑制HIV-1的复制，其中化合物11～14对MT-4细胞中HIV-1复制的抑制活性最好，EC50分别为0.030、0.044、0.053和0.082μmol·L－1，SI分别为1 066、6 470、601和1 536，均显著优于TBZ类化合物(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，体外实验表明，这些化合物在30～50 nmol·L－1的浓度下可有效抑制HIV-1复制，且细胞毒性低，尤以化合物15～18的活性最好，IC50分别为0.050、0.030、0.034和0.045μmol·L－1。

Murugesan等［10］对4-噻唑烷酮的 C-2和 N-3位取代基进行优化，合成了17个化合物。抗HIV活性实验显示，其中化合物19～22对HIV逆转录酶的抑制活性最好，在TZM-bl细胞系中对HIV-1 IIIB病毒株的EC50为0.09～0.80 mg·L－1。构效关系研究发现，在4-噻唑烷酮N-3位的芳杂环上引入大的亲脂性基团和把C-2位上苯环的C-4' (苯环对位的C原子)换成生物电子等排的三价N或二价基团，有利于增强这类化合物的抗HIV活性。

鉴于含有异硫脲或硫脲官能团的化合物有很好的抗HIV-1活性，Rawal等［11］基于先导化合物23合成了一系列2-芳基-3-芳杂环取代的4-噻唑烷酮衍生物，体外活性测试发现，其中化合物24对 MT-4细胞中HIV-1复制有显著的抑制活性，EC50为0.26μmol·L－1，活性高于阳性对照药TBZ类化合物(EC50=0.35μmol·L－1)。

Balzarini等［12-13］报道了一系列C-2或N-3位被金刚烷取代的4-噻唑烷酮衍生物，其中化合物25为外消旋体，抑制HIV-1复制的EC50为0.35μmol·L－1，SI为 120，但其(－)-异构体活性较低，EC50为12μmol·L－1，SI为3.8，而(+)-异构体活性较高，EC50为0.178μmol·L－1，SI为198;另一化合物26抑制 CEM细胞系中 HIV-1复制的 EC50为0.67 μmol·L－1;而化合物27～29的抗HIV活性(EC50= 1.0～2.0μmol·L－1)则均明显低于阳性对照药奈韦拉平(EC50=0.12μmol·L－1)，且细胞毒性较大。

Ravichandran等［14］通过CoMFA和CoMSIA两个计算模型构建了一类新型4-噻唑烷酮衍生物(30)的三维定量构效关系(3D-QSAR)，并由此预测了113个化合物的抗HIV活性。结果显示，在芳环的3'、2″和5″位引入CN、F、Br、Cl等电负性基团时，可增强静电场作用，提高化合物活性，而在4'位引入电负性基团时，则会降低化合物活性;在2'、4'、2″、3″和5″位引入空间位阻较大的基团时，会导致化合物活性降低。

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，严重时可能威胁到人的生命。近几十年来，全球每年有25万～50万人死于流感或流感病毒感染引起的并发症［15-16］。

近年来，有关4-噻唑烷酮衍生物抗流感病毒活性研究的报道相对较少。Ravichandran等［17］设计、合成了一系列4-噻唑烷酮衍生物，并考察了其抗病毒活性。结果发现，其中化合物31能有效抑制A型流感病毒H3N2亚型和B型流感病毒的复制，EC50分别为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 抗人类免疫缺陷病毒活性

诸多研究表明，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逆转录酶和整合酶抑制剂，分别通过抑制HIV的逆转录过程和抑制HIV前病毒DNA插入到宿主染色体中而抑制HIV复制。如Rawal等［18-19］合成的2，3，5-三取代的4-噻唑烷酮衍生物(32)对MT-4细胞中HIV-1逆转录酶有很好的抑制活性，EC50为0.204μmol·L－1，且细胞毒性很低。

定量构效关系研究表明，对于该类化合物，在C-2位上引入除2，6-二卤代苯基以外的其他基团，都可能导致其活性降低，且在C-5位上引入基团，也会导致其活性降低，但在N-3位上引入糠基，则能增强其活性。

Dayam等［20］以第1代 HIV整合酶抑制剂 S-1360(33)及其衍生物为先导化合物，建立了一个β-二酮酸的药效团假说，并从15万个相关分子结构中筛选出1 700个化合物与HIV整合酶进行分子对接，最后对其中110个对接效果较好的化合物进行活性测试。结果发现，这些化合物的结构中同时含有水杨酸基团和硫氰酸基团时，其对HIV整合酶表现出较强的抑制活性，而仅含其中1个基团时，其活性便会降低甚至消失;其中化合物34～39的活性最好，IC50分别为(17±11)、(15±10)、(15±3.0)、(36±23)、(32±14)和(33±23)μmol·L－1。

Ramkumar等［21］将上述化合物结构中的脂肪链换成硫代酰胺链，水杨酸基团和C-5位上的芳基均换成其他取代苯基，设计、合成了49个新型4-噻唑烷酮衍生物，并对其抑制HIV整合酶活性进行了测试。结果发现，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)感染者人数已近1.7亿，且其病情有可能进一步发展为肝硬化和肝癌［22］。自1989年首次发现HCV以来，研究与开发的抗HCV药物大多是靶向HCV的各种酶，特别是NS3-4A丝氨酸蛋白酶和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)的作用靶点就是NS5B RNA聚合酶，通过抑制HCV生命周期中的多功能蛋白NS5B的高度磷酸化而达到抑制HCV复制的目的［23］。活性试验结果显示，BMS-858和BMS-824抑制Huh-7细胞系中HCV复制的EC50分别为0.57μmol·L－1和5 nmol·L－1，后者活性几乎是前者的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浓度下对HCV NS5B RNA聚合酶活性的抑制率均达95%以上，且化合物47和49的IC50仅分别为31.9和32.2μmol·L－1。

此外，Ramkumar等［21］报道的化合物52为一种HCV NS3蛋白抑制剂。HCV NS3蛋白在病毒体的成熟和复制中起着重要作用，是近年来抗HCV药物研究的又一重要靶点。

3 结语

现在研究发现的具抗病毒活性的4-噻唑烷酮衍生物大多为抗HIV、抗HCV和抗流感病毒的活性化合物，但可以相信，随着结构生物学和计算机辅助药物设计技术的发展以及对4-噻唑烷酮衍生物的生物学活性与构效关系研究的深入，对4-噻唑烷酮基本骨架进行适当的结构修饰和改造，必将会设计并合成出更多的高效低毒、适于临床使用的新型4-噻唑烷酮类抗病毒药物。

［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.