喹諾酮和喹啉類化合物的抗單純皰疹病毒活性

張姝，李紅，梅敏，馮連順，劉明亮，郭慧元,*

(1 武漢譜尼科技有限公司，武漢 430014;2 中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院醫(yī)藥生物技術(shù)研究所，北京 100050)

1 前言

單純皰疹病毒(HSV)根據(jù)其抗原性質(zhì)的差異可分為HSV-1和HSV-2兩個亞型，兩亞型病毒核苷酸序列有50%同源性[1,2]。HSV可經(jīng)口腔、呼吸道、生殖器以及皮膚破損處侵入體內(nèi)，潛居于人體正常黏膜、血液、唾液、神經(jīng)組織和各種器官內(nèi)，引起人類多種疾病如齦口炎、角膜結(jié)膜炎、腦炎以及生殖系統(tǒng)感染和新生兒的感染等[3,4]。HSV-1主要侵犯面、腦及腰以上部位，而HSV-2主要侵犯生殖器及腰以下部位[5]。HSV感染人群極為普遍，據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)統(tǒng)計全球50歲以下人群約有37億人感染過HSV-1和HSV-2，70～90%的成人曾感染過HSV-1[6]。目前，對HSV感染的控制尚無特異性有效措施[7,8]。疫苗對阻止原發(fā)HSV感染有效，但重組HSV-2糖蛋白疫苗卻不能保護生殖器的再感染[9]。而臨床上使用的抗HSV藥物如無環(huán)鳥苷、阿糖腺苷等雖能通過抑制HSV DNA合成，減輕臨床癥狀，但不能從根本上防止?jié)摲腥镜脑侔l(fā)[10]。

喹諾酮和喹啉類化合物具有抗菌[11,12]、抗結(jié)核[13,14]、抗腫瘤[15,16]、抗瘧疾[17-19]和抗病毒(包括HSV)[20,21]等多種生物活性。喹諾酮類藥物在臨床上廣泛用于各種細菌感染的治療，而喹啉類化合物是治療瘧疾的常見藥物。除此之外，某些喹諾酮和喹啉類化合物如voreloxin、quarf l oxin、貝達喹啉和evitegravir等已在臨床上用于治療腫瘤、結(jié)核病和HIV等各種疾病[22]。目前，使用過喹諾酮和喹啉療法的患者已達數(shù)十億人次，為人類健康做出了巨大貢獻[23]。

喹諾酮和喹啉結(jié)構(gòu)骨架可修飾的位點較多，幾乎所有位點均可被修飾。因此，在發(fā)現(xiàn)全新結(jié)構(gòu)骨架愈發(fā)困難的今天，喹諾酮和喹啉類化合物已成為科學(xué)家競相研究的熱點[24,25]。近年來，藥物化學(xué)家對喹諾酮和喹啉進行了系統(tǒng)而廣泛的結(jié)構(gòu)修飾，這類化合物的生物活性不斷拓展，構(gòu)-效關(guān)系(SAR)不斷完善。本文將著重介紹近年來喹諾酮和喹啉類化合物在抗HSV領(lǐng)域的最新研究進展，并歸納此類藥物的SAR，以啟迪科學(xué)家設(shè)計活性更高的候選物。

2 喹諾酮衍生物

喹諾酮具有生物活性譜廣、藥代動力學(xué)性質(zhì)和安全性良好等諸多優(yōu)點，在藥物化學(xué)領(lǐng)域占據(jù)重要位置[26,27]。喹諾酮可分為2-喹諾酮和4-喹諾酮，其中目前臨床上使用的喹諾酮類藥物均屬于4-喹諾酮，而某些2-喹諾酮類化合物如viridicatol和tipifarnib等目前正處于臨床評價階段，也引起了藥物化學(xué)家的極大關(guān)注[28,29]。

Pandey等評價了2-喹諾酮三聚體1（圖1）的體外抗乙腦病毒、HSV-1和體內(nèi)抗高血壓活性，發(fā)現(xiàn)三聚體1a對乙腦病毒和HSV-1無活性，而1b則具有潛在的體外抗乙腦病毒、HSV-1和體內(nèi)抗高血壓活性[30]。三聚體1b抗乙腦病毒和HSV-1的半數(shù)效應(yīng)濃度(EC50)分別為15.62和62.5 μg/mL，且對VERO細胞無毒，值得進一步優(yōu)化。

圖1 2-喹諾酮衍生物1的化學(xué)結(jié)構(gòu)

氟喹諾酮類藥物環(huán)丙沙星、洛美沙星、氧氟沙星、培氟沙星和如氟沙星也具有微弱的抗HSV-2活性，但不具備進一步研究價值[31]。研究表明，氟喹諾酮2 (K-12)具有廣譜抗病毒活性（圖2），對HIV-1(包括耐藥株)、HIV-2、猴免疫缺陷病毒(SIV)、松鼠猴皰疹病毒(HVS)、人類巨細胞病毒(HCMV)和帶狀皰疹病毒(VZV)的活性較高，EC50為0.2～6.9 μmol/L，但對HSV-1和HSV-2的活性較弱，EC50為98 μmol/L[32]。

Lecero等研究了一系列喹諾酮羧酸酯(3)及其羧酸衍生物(4)的體外抗HSV-1活性，發(fā)現(xiàn)所有衍生物對HSV-1均顯示出潛在的活性，在濃度為50 μmol/L時的抑制率為58～99%[33]。對活性最高的9個化合物(3b～d, 3f, 3j, 4a, 4d, 4i和4j)抗HSV-1的EC50和對VERO細胞系的細胞毒性測定結(jié)果表明，所選化合物對HSV-1的EC50較低(EC50: 0.7～3.2 μmol/L)，且對VERO細胞無毒(半數(shù)細胞毒性濃度/CC50: ＞500 μmol/L)，安全性良好。SAR顯示，總體而言，羧酸酯的活性略優(yōu)于相應(yīng)的羧酸；對于羧酸酯3而言，向喹諾酮母核的C-6位引入鹵素氟、氯和溴對活性有利；對羧酸衍生物4而言，向喹諾酮母核的C-7位引入鹵素氟、氯和溴可提高活性。活性最高的化合物3d, 3j和4j對HSV-1的EC50分別為0.80, 0.87和0.70 μmol/L，CC50分別為1250, 1196和1200 μmol/L，選擇性指數(shù)(SI)分別為1562, 1375和1714，活性和毒性優(yōu)于無環(huán)鳥苷(EC50: 1.09 μmol/L和CC50: 960 μmol/L)。良好的活性和安全性，使得三者極具進一步研究價值。喹諾酮衍生物5具有潛在的抗HIV-1和HSV-1活性，其抗HIV-1活性是抗HSV-1活性的上百倍[34]。

Wentland等對一系列6-氨基喹諾酮-3-酰胺的體內(nèi)外抗包括耐藥株在內(nèi)的HSV-1和HSV-2活性評價結(jié)果顯示，這類化合物對所測病毒株具有潛在的體內(nèi)外活性，但抗HSV-1活性遠優(yōu)于抗HSV-2[35,36]。其中，代表物6對所測包括耐藥株在內(nèi)的7株HSV-1和HSV-2的EC50低至0.13～0.32 μmol/L，對其中6株病毒的活性是對照藥無環(huán)鳥苷(EC50: 0.29～77 μmol/L)的2.2～592.3倍。在小鼠感染HSV-2模型中，代表物6在口服給藥劑量為25 mg/kg時的體內(nèi)活性與無環(huán)鳥苷在口服給藥劑量為400 mg/kg時的活性相當(dāng)。總之，代表物6對包括耐藥株在內(nèi)的HSV-1和HSV-2均具有良好的體外活性，在小鼠感染HSV-2模型中也顯示出優(yōu)秀的體內(nèi)活性，可作為先導(dǎo)物進一步研究。

喹諾酮并吡咯衍生物7對HCMV、VZV和HSV-1具有廣譜抗病毒活性，IC50為0.03～2.1 μmol/L[37]。對抗HSV-1而言，吡咯環(huán)上的取代基鏈越短對活性越有利。其中，化合物7a的抗HSV-1活性最高，IC50為0.8 μmol/L，優(yōu)于對照藥無環(huán)鳥苷(IC50: 2.1 μmol/L)，值得進一步優(yōu)化。

4-喹諾酮衍生物8抗HSV-1和HSV-2的SAR顯示，N-1位取代基對活性至關(guān)重要，無取代基衍生物的活性普遍優(yōu)于甲基衍生物[38]。向喹諾酮母核的C-8為引入甲基和甲氧基均會導(dǎo)致抗HSV-2活性的消失，甲氧基的引入對抗HSV-1也不利，但甲基的引入對抗HSV-1有利?；衔?d的活性最高，抗HSV-1和HSV-2的IC50均為29.4 μmol/L，但遠弱于對照藥無環(huán)鳥苷(EC50: 0.2和2.1 μmol/L)。

研究表明，C-6位取代的喹諾酮-呋喃核糖雜合體9及其位置異構(gòu)體10具有良好的抗HSV活性[39-41]（圖3）。其中，雜合體9b的活性最高，其抗HSV-1 (KOS), HSV-1 (AR29)和HSV-2的EC50分別為1.3,1.4和1.1μmol/L，活性與對照藥無環(huán)鳥苷(EC50: 0.99,5.8和1.4 μmol/L)相當(dāng)或更優(yōu)[41]。不僅如此，雜合體9b(CC50: 1500 μmol/L)對VERO細胞系的毒性弱于無環(huán)鳥苷(CC50: 860 μmol/L)[41]。而喹諾酮-腙雜合體11對HIV-1和HSV-1 DNA聚合酶均有潛在的抑制活性，值得進一步研究[42]。

3 喹啉衍生物

喹啉結(jié)構(gòu)骨架是重要的藥效團，在抗瘧疾領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用[43,44]。除具有抗瘧疾活性外，某些喹啉類化合物還具有潛在的抗HSV活性。吡唑類化合物具有潛在的抗HSV活性，將其與喹啉雜合可能會進一步提高此類化合物的活性[45]。喹啉并吡唑雜合體12（圖4）具有良好的抗HSV活性，SAR顯示，向R位引入供電子基甲基和甲氧基時可提高活性[46]。其中，雜合體12c的體外抗HSV-1活性略優(yōu)于無環(huán)鳥苷，而在小鼠體內(nèi)的急性毒性與無環(huán)鳥苷相當(dāng)，值得進一步開發(fā)。進一步研究發(fā)現(xiàn)，向吡唑C-3位的氨基引入D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、D-阿拉伯糖和D-木糖所得的雜合體13并不能提高這類化合物的抗HSV-1活性[47]。喹啉并吡唑烷酮-呋喃核糖雜合體14僅顯示出微弱的抗HSV-1活性，其在濃度為100 μmol/L時對HSV-1的抑制率僅為15～35%[48]。

圖2 4-喹諾酮衍生物2～8的化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖3 喹諾酮雜合體衍生物9～11的化學(xué)結(jié)構(gòu)

咪唑類化合物也具有廣泛的生物活性[49]，某些喹啉-咪唑雜合體如咪喹莫特(15a)和雷西莫特(15b)具有一定的抗HSV活性[50,51]（圖5）。因此，有必要研究這類雜合體的抗HSV活性。喹啉并咪唑16a對HSV-1 (KOS)和HSV-2 (G)具有潛在活性，EC50分別為5.4和2.4 μmol/L，與Cidofovir (EC50為2 μmol/L)相當(dāng)[52]。SAR顯示，氮原子的引入將導(dǎo)致活性消失，如雜合體16b,c對HSV-1 (KOS)和HSV-2 (G)的EC50＞100 μmol/L。喹啉并咪唑-呋喃核糖雜合體17及其位置異構(gòu)體18 (EC50: 70～＞100 μmol/L)對HSV-1無活性或活性較弱，雜合體17b的活性最高，EC50僅為70 μmol/L[53]。

絕大多數(shù)喹啉-三氮唑和喹啉-噁唑雜合體未顯示出任何抗HSV活性，不具備進一步研究價值[54-56]。四氫喹啉衍生物19具有潛在的抗HSV-1和HSV-2活性，其中，化合物19a對HSV-1和HSV-2的EC50分別為1.92和0.53 μg/mL，活性與無環(huán)鳥苷(EC50: 0.5和1.0 μg/mL)相當(dāng)，可作為先導(dǎo)物進一步優(yōu)化[57]。

4 結(jié)束語

單純皰疹病毒(HSV)感染人群極為普遍，超過70%的成人曾感染過HSV。目前，對HSV感染的控制尚無特異性有效措施，故亟需研發(fā)抗HSV新藥。喹諾酮和喹啉類化合物具有藥效強、毒副作用低和藥代動力學(xué)性質(zhì)良好等諸多優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于臨床。不僅如此，喹諾酮和喹啉結(jié)構(gòu)骨架可修飾的位點較多，在發(fā)現(xiàn)全新結(jié)構(gòu)骨架愈發(fā)困難的今天，喹諾酮和喹啉類化合物已成為科學(xué)家競相研究的熱點。

圖4 喹啉并吡唑(酮)衍生物12～14的化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖5 喹啉并咪唑衍生物15～18及四氫喹啉衍生物19化學(xué)結(jié)構(gòu)

喹諾酮和喹啉類化合物具有潛在的抗HSV活性，其中的某些化合物如6顯示出良好的體內(nèi)外抗HSV活性，值得進一步研究。本文著重了介紹近年來喹諾酮和喹啉類化合物在抗HSV領(lǐng)域的最新研究進展，并歸納了此類化合物的構(gòu)-效關(guān)系，以啟迪科學(xué)家設(shè)計活性更高的候選物。