双螺环新分子骨架化合物的设计、合成及其抑制恶性疟原虫的构效关系和分子靶点研究

The effective prevention and therapy of multi-drug resistant malaria is still a major global concern and challenge. It is commonly believed that it is difficult to develop antimalarial drugs with novel skeleton, satisfactory activity and identified target. According to literature review and our previous studies, we propose a novel dispiro-molecular skeleton, as a scaffold for antimalarial compound design. Based on this new molecular skeleton, we will first synthesize spiroketal-containing compounds and dispiroketal-containing compounds. Secondly, the antimalarial activities of these synthesized compounds will be evaluated in vitro against chloroquine-sensitive plasmodium strain P.f.3D7 and chloroquine-resistant strain P.f.K1, respectively. Thirdly, the structure-activity relationship of the antimalarial compounds will be analyzed, and accordingly, design of our target molecule will be fine tuned. Finally, we will study the inhibitory effect of the lead compounds on the electron transfer process that mediated by thioredoxin reductase (P.f.TrxR), for the purpose of exploring the molecular mechanisms of the lead compounds. The designed dispiro-skeleton and synthetic strategies to build the core structures of our molecules are unprecedented as far as we know. Based on our previous study, the synthetic routes were proved work well and we’d already prepared 6 spiroketal-containing compounds and 2 dispiroketal-containing compounds. The in vitro antimalarial analysis also indicated good inhibitory effect. In summary, the aims of this project is to find out 2 to 5 lead compounds with potent antimalarial activities (IC50<0.050μM) and explore the molecular mechanism of antimalarial compounds. Our study will provide innovative insights and experimental evidences to the better knowledge of antimalarial drug development.

耐药性疟疾的防治是人类面临的巨大挑战。如何研发出结构新颖、活性优越、靶点明确的新型抗疟药物是当前国际面临的共同难题。本课题申请人在前期研究工作的基础上，设计和提出了新结构类型的双螺环分子骨架，首次设计和合成单螺缩酮类和双螺缩酮类两个系列的双螺环化合物；并开展化合物抑制恶性疟原虫（P.f.3D7和P.f.K1）活性的评价和构效关系研究；最后研究化合物抑制疟原虫的硫氧还蛋白还原酶（P.f.TrxR）介导电子传递的分子机制。本课题设计的新型骨架和构建骨架的合成策略均未见文献报道。本课题前期已经打通合成路线，分别成功制备了6个和2个不同系列的化合物，并且体外活性测试表明合成的化合物具有较好的抗疟活性。本课题计划通过进一步研究，争取找到2-5个体外抗疟活性IC50<0.050μM的双螺环先导化合物，并研究其对恶性疟原虫作用的分子靶点，为结构创新型抗疟药物的研究提供理论和实验依据。

2019年全世界疟疾病例2.29亿，约40万人死于疟疾。对于各种类型的抗疟药，全球范围内已经出现不同程度的耐药问题，使得疟疾的治疗面临巨大的挑战。因此，丞待研发出结构新颖、活性优越的新型抗疟疾药物。. 本项目围绕具有抗疟活性的新结构类型螺缩酮类化合物的设计、合成、毒性评价、活性评价等展开研究，已发表SCI论文1篇，投稿在审SCI论文1篇、中文论文1篇；申请中国发明专利2件；培养研究生3名。. 本项目设计了螺环螺缩酮类新结构骨架，并完成反应条件优化，利用1,3-二羰基化合物与ɑ,ß-不饱和酮经过Michael加成/环化螺缩酮化串联反应，最长线性步骤4步即可高效率、高产率地制备目标分子。另外，分别使用2条路线对目标分子aculeatin进行了合成。完成约100个化合物的化学合成，结合核磁共振氢谱、碳谱、高分辨质谱和红外光谱对化合物进行了结构鉴定，其中34个化合物未见国内外报道。为了开展作用机制研究，对P.f.TrxR 靶点蛋白进行了表达和纯化，这部分工作难度较大。同时采用HepG2进行细胞毒测试，显示化合物对人体的细胞毒性很小。采用SYBR Green法检测化合物对恶性疟原虫P.f.3D7的抑制效果，显示出较优的抗疟活性，活性最好的化合物其IC50为1.232μM。构效关系研究发现，调整A环和E环没有起到增加活性的作用，B环应该保持芳香结构，同时保留B环的羟基和五元螺环D的结构，这两个片段是主要起效基团。最后根据实验需要，增加了体外溶血实验，结果显示化合物在20μM的实验浓度下，溶血率均未超过2%，即在该高浓度下对红细胞没有影响。根据分子对接结果，抗疟活性最好的化合物与P.f.TrxR靶点形成2个氢键作用，与抗疟活性的实验结果一致。发现阳性对照药青蒿素（ART）和氯喹（CQ）不是主要通过作用于P.f.TrxR靶点而起到抗疟作用。. 由于临床上使用ART和CQ均出现了耐药性问题，本项目不仅为具有抗疟活性的新型螺缩酮化合物的设计、合成与评价提供理论与实验依据，更为解决疟疾治疗药物的耐药性问题提供了可行的解决方案，具有较大的经济和社会效益前景。

内容获取失败，请点击重试