二氢青蒿素衍生物的设计、合成及抗疟活性研究

二氢青蒿素衍生物的设计、合成及抗疟活性研究疟疾是世界上最严重的虫媒传染病,尤其是恶性疟疾至今仍然威胁着人类健康,为克服抗疟药物日趋严重的抗药性,将现有抗疟药物组成复方合理使用的同时,努力研发新的作用机制的抗疟药物是一项十分迫切的工作。

疟原虫半胱氨酸蛋白酶Falcipain-2能够特异性地作用于疟原虫生命周期中的血红细胞降解的第一步,抑制该酶活性可以阻断疟原虫降解宿主的血红蛋白,使之因缺少食物氨基酸而死亡,所以,以疟原虫半胱氨酸蛋白酶为药物作用靶点已成为抗疟药物研究的热点。

青蒿素及其衍生物是含过氧桥的倍半萜内酯类新型抗疟药物,在治疗多药抗药性恶性疟疾方面卓有成效,但随着其广泛使用,其抗药性问题已经引起人们的关注。

所以,研发新的作用机制的抗疟药物,是从根本上解决抗药性问题的关键。

缩氨基(硫)脲类化合物是近年来通过对疟原虫半胱氨酸蛋白酶的分子模拟研究而发现的一类新型抑制剂,多项研究表明该类化合物对疟原虫半胱氨酸蛋白酶有确切的抑制活性,已经引起了人们的广泛关注。

通过对青蒿素及其衍生物的抗疟活性研究,发现其结构中的过氧桥结构对保持活性至关重要,而其10位羰基结构并非保持活性所必需的关键结构,本文根据药物设计的拼合原理及协同前药原理,将二氢青蒿素结构与缩氨基(硫)脲的结构片段拼合起来,以疟原虫半胱氨酸蛋白酶为生物靶标,设计其衍生物并进行抗疟活性测定。

本文以二氢青蒿素和各种取代氨基(硫)脲为原料,设计并合成了四个系列,共计89个未见文献报道的新化合物,其结构均经MS, IR,1H-NMR和13C-NMR确证。

其中A、C系列为缩氨基硫脲衍生物,B、D系列为缩氨基脲衍生物；A、B系列的侧链与母环以醚键方式连接,C、D系列的侧链与母环以酯键方式连接。

参照相关文献报道,结合化合物的1H-NMR数据,确认所有化合物均为单一构型异构体,其中A、B系列为β-型异构体,C、D系列为α-型异构体。

对其中A、B、D三个系列的53个化合物进行了体外Falcipain-2抑制实验,结果表明所有测试化合物均对Falcipain-2具有较好的抑制活性。

在样品浓度为10μM时,酶抑制率均大于20%,据此确定测试化合物具有有效的抑制作用。

进一步进行IC50值测试,测得IC50值范围为0.22-10.63μM。

根据Falcipain-2抑制实验结果,从上述化合物中挑选出12个化合物进行小鼠体内抗疟活性初筛实验,结果表明当单只小鼠每日给药剂量为50 mg/kg和75 mg/kg时,其中化合物LY-A03和LY-A05对小鼠体内疟原虫产生抑制作用,其减虫率大于90%；当单只小鼠每日给药剂量降低为3 mg/kg,9 mg/kg,15 mg/kg和27 mg/kg时,其减虫率小于90%,体内抑制实验效果不明显。

根据所测试化合物的体夕(?)Falcipain-2抑制实验结果,初步总结了53个化合物的构效关系：以酯键为连接方式的D系列化合物活性优于以醚键为连接方式的A、B系列化合物；A 系列缩氨基硫脲衍生物与B系列缩氨基脲衍生物的活性相当；在相同结构类型的衍生物中,按照侧链苯环上取代基的数目与位置比较,单取代基以苯环4位为F、Cl、NO2、CH3O和CH3CH2O基团活性较好,可见在此位置无论引入基团的电性如何,都会改善活性；双取代基以苯环2,4位、3,5位二甲基取代活性较好。

利用AutoDock 3.05进行了计算机模拟条件下的分子对接实验,阐明了该类化合物与酶的结合方式。

分子对接研究表明,该类化合物能够与Falcipain-2活性位点结合,形成氢键及疏水作用,其中侧链氨基上的氢原子可作为氢键供体。