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如何获得兼具类药性与多样性的高品质的化合物库是药物研发的一个瓶颈。基于点击化学优势片段组合库的构建与快速筛选策略综合了基于优势片段结构的多样性合成策略、模块化反应、平行合成方法和微量合成技术,具有微量、灵敏、经济的优点,已成为具有广阔应用前景的快速发现药物先导物的新技术。本论文针对围绕目前严重危害人类生命健康的艾滋病及恶性肿瘤,选择重要的药物设计靶标,通过点击化学反应平行合成或微量合成构建化合物库,经快速筛选来发现活性优良的药物先导化合物,主要分为以下三个部分:(Ⅰ)基于点击化学优势片段组合库发现新型HIV-1衣壳蛋白抑制剂HIV-1衣壳蛋白(capsid protein,CA)是HIV-1病毒颗粒所必需的结构蛋白,其内含对HIV-1感染性至关重要的病毒核酸。HIV-1 CA的稳定性和完整性对于维持病毒的正常生命周期和传染性至关重要,己成为抗艾滋病药物研究的新靶点,且目前没有上市药物。本论文第二章以HIV-ICA抑制剂PF-74为先导化合物,根据其与靶标的结合模式,保留结构中的苯丙氨酸核心骨架,利用一价铜离子催化的叠氮-末端炔环加成(Copper catalyzed azide-alkyne cycloaddition,CuAAC)点击化学反应进行取代基部分的多样性修饰,通过平行合成的方式构建含有1,2,3-三唑基团的组合库,最终得到71个目标化合物。体外细胞(MT-4/TZM-bl)水平的抗病毒活性筛选结果显示,大部分化合物呈现出中等的抗HIV活性。活性最好的化合物是IA-13m(EC50=4.33±0.83 μM),其对HIV-1 NL4-3的抑制活性稍优于先导化合物PF-74(EC50=5.95±1.32 μM)。表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)实验表明IA-13m的作用靶点为HIV-1 CA。进一步的作用机制研究表明,IA-13m在生命周期的前期(整合,IC50=7.0±0.8 μM)和后期(组装和预整合、感染阶段,IC50=31±11 μM)阶段均具有一定程度的抑制作用,与PF-74类似。此外,运用分子动力学模拟探讨IA-13m的结合模式,并解释IA-13m和PF-74之间的活性差异。总之,IA-13m作为结构新颖的HIV-1 CA抑制剂先导化合物,具有进一步研究的价值。(Ⅱ)基于点击化学微量合成与和快速筛选技术发现HIV-1非核苷类逆转录酶抑制剂逆转录酶(Reverse Transcriptase,RT)在HIV-1生命周期中起着至关重要的作用,并且人体内不存在其同源酶,是抗艾滋病药物设计的特异性靶标。其中,非核苷类逆转录酶抑制剂(Non-nucleoside Reverse Transcriptase Inhibitors,NNRTIs)能够特异性识别NNRTIs疏水结合口袋(NNRTIs binding pocket,NNIBP)并与之结合,因此该类抑制剂选择性好,低浓度下即可有效阻断病毒复制,使得其成为临床上高效抗逆转录疗法(Highly Active Antiretroviral Therapy,HAART)的重要组成部分。但是,该类抑制剂在临床广泛应用过程中出现了耐药性及毒副作用等问题。因此,研发高效抗耐药性、安全性良好的抗病毒抑制剂十分必要。本论文第三章以上市的第二代NNRTIs药物依曲韦林(Etravirine,ETV)和利匹韦林(Rilpivirine,RPV)为先导,基于其结合模式,提取核心片段,利用CuAAC反应,对蛋白溶剂界面区进行结构多样性修饰,通过基于微孔板的微量反应构建起含有1,2,3-三氮唑结构的化合物库(280个分子),经抑酶活性快速筛选得到 10个苗头化合物(C2N38、C5N19、C5N36、C5N39、C6N34、C6N36、C2N37、C6N38、C6N39和C6N49)的活性(IC50:0.02～0.30μM)与ETV(IC50=0.15±0.15 μM)相当或较好。随后,对上述10个苗头化合物完成毫克级别的制备。目前,它们的体外细胞(MT4)水平的抗病毒活性筛选正在测试中。(Ⅲ)基于点击化学微量合成与快速筛选技术发现新型CDC25蛋白磷酸酶抑制剂CDC25蛋白磷酸酶是抗肿瘤药物设计的重要靶标,目前仍未有基于该靶标的上市药物。本论文第四章将点击化学微量合成与快速筛选技术运用于抗肿瘤药物一CDC25蛋白磷酸酶抑制剂的发现。我们以广泛报道的CDC25抑制剂NSC 663284、NSC 668394、Cpd5为先导化合物,提取其结构中优势的稠环对苯醌结构作为核心骨架,运用CuAAC反应,引入结构和电性多样性的取代基,快速构建得到含1,2,3-三唑-1,4-萘醌/喹啉二酮基序的化合物库(96个分子)。抑酶初筛结果显示,目标化合物M2N1、M2N2和M2N12对CDC25A、CDC25B以及CDC25C均具有良好的抑制效果。随后,对上述三个化合物完成毫克级别的制备。抑酶复筛结果表明化合物M2N12对CDC25C的抑制效果(IC50= 0.09 μM)约是阳性对照NSC 663284(IC50=0.76 μM)活性的9倍;同时,M2N12对CDC25C的抑制活性分别是CDC25A(IC50=0.53 μM)和CDC25B(IC50=1.39μM)抑制效果的6倍和15倍,表明M2N12对CDC25C具有明显的选择性。此外,基于SRB检测方法的体外肿瘤细胞活性测试结果表明:与阳性对照紫杉醇(PXL)和NSC663284相比,目标化合物M2N1、M2N2和M2N12对于腺癌人类肺泡基底上皮细胞(A549)、人口腔表皮样癌细胞(KB)和人乳腺癌细胞(MCF-7/MDA-MB-231)的抑制效果较弱。特别地,对于具有耐药性的人口腔上皮癌细胞(KB-VIN),M2N12(IC50=6.81 μM)具有与阳性对照PXL(IC50=3.14μM)和NSC663284(IC50=4.87μm)相当的抑制作用,具有进一步开发的价值。此外,我们还用X射线衍射方法解析了关键中间体M2的单晶,确定了萘醌/喹啉上基团的取代位点,佐证了目标化合物的结构。综上所述,本论文围绕未满足的抗艾滋病及抗肿瘤药物的临床需求,分别以HIV-1生命周期中的关键蛋白衣壳蛋白及逆转录酶、肿瘤增殖密切相关的CDC25磷酸酶为药物设计的靶标,运用基于优势片段的合理药物分子设计,基于模块化反应的微量(平行)合成方法,构建数量较大的化合物库,结合快速筛选技术,发现了具有重要开发前景的HIV-1衣壳蛋白抑制剂、逆转录酶抑制剂及CDC25磷酸酶抑制剂,并形成了基于点击化学优势片段组合库的构建与快速筛选技术发现药物先导化合物的关键技术,对其他靶标抑制剂的快速发现具有重要的参考价值。