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多子小瓜虫（Ichthyophthirius multifiliis）感染严重威胁全球水产养殖。研究人员设计合成 6 种厚朴酚衍生物，其中化合物 C1 抗多子小瓜虫活性显著，优于厚朴酚和孔雀石绿，还明确了其作用靶点和机制，为水产养殖抗寄生虫提供新方向。
在水产养殖的广阔天地里，多子小瓜虫（Ichthyophthirius multifiliis）就像一个隐藏在暗处的 “杀手”，时刻威胁着鱼类的健康。这种原生动物寄生虫一旦发起攻击，淡水鱼的表皮组织就会遭殃，出现标志性的白色囊肿，也就是人们熟知的 “白点病”。无论是热带、温带还是寒冷地区，它都能肆意传播，尤其在春秋季节，高密度养殖环境更是它的 “温床”。一旦爆发，鱼类不仅会遭受组织损伤、缺氧的折磨，还极易引发二次感染，最终导致大规模死亡，给全球水产养殖业带来了巨大的经济损失。据估算，每年因小瓜虫病造成的经济损失高达数亿元，中国农业农村部也将其列为三类动物疫病。尽管过去二十年里，有 20 多种化学物质和天然产物被发现对多子小瓜虫有抑制效果，但将这些研究成果转化为临床可用的抗寄生虫药物却困难重重，研发新型高效的治疗药物迫在眉睫。
为了攻克这一难题，西北农林科技大学的研究人员勇挑重担，开展了一项极具意义的研究。他们把目光聚焦在厚朴酚上，此前研究发现厚朴酚在体外和体内对控制多子小瓜虫感染都有一定效果。研究人员通过对厚朴酚进行结构优化，精心设计并成功合成了 6 种新型厚朴酚衍生物（C1 - C6）。经过一系列深入研究，他们发现化合物 C1 表现极为出色，无论是在体外对多子小瓜虫的幼虫（theront）和包囊体（tomont）阶段，还是在体内对滋养体（trophont）阶段，都展现出了超强的抗寄生虫活性，其效果甚至超过了厚朴酚，比孔雀石绿还要好。而且，化合物 C1 的毒性比孔雀石绿更低，具有良好的成药性。通过综合的计算机模拟策略（in silico strategy），研究人员还找到了化合物 C1 发挥抗寄生虫作用的关键靶点 —— 丝裂原活化蛋白激酶 3（Mapk3），并深入探讨了其作用机制，这一研究成果发表在《Aquaculture》杂志上 。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，从自然感染的金鱼中分离多子小瓜虫菌株，获取实验所需的寄生虫样本。然后，通过化学合成方法制备 6 种厚朴酚衍生物。利用密度泛函理论（DFT）计算分析化合物的 ADMET 性质（吸收、分布、代谢、排泄和毒性相关性质）、成药性、最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占分子轨道（LUMO）能级以及静电势（ESP）分布。借助计算机模拟技术预测化合物 C1 的潜在靶点，并使用逆转录定量聚合酶链反应（RT - qPCR）进行验证。最后，通过蛋白质 - 蛋白质相互作用（PPI）网络分析、基因本体论（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析，探索化合物 C1 抗寄生虫的作用机制。
合成新型厚朴酚衍生物
研究人员通过一系列复杂而精妙的化学反应，成功合成了 6 种新型厚朴酚衍生物。具体而言，厚朴酚在乙腈 - 水混合溶液中，在酸性条件下发生亚硝化反应，生成化合物 C1；C1 再经过锌粉和氯化铵的还原作用，得到化合物 C2；C2 在乙酸乙酯 - 碳酸钾体系中与乙酸酐发生乙酰化反应，转化为化合物 C3。与此同时，厚朴酚在氢化钠存在的情况下与烯丙基溴发生烷基化反应，之后在二甲苯中进行热重排，生成化合物 C4 。这些合成步骤为后续研究化合物的抗寄生虫活性奠定了基础。
抗寄生虫活性评价
研究人员对合成的 6 种化合物进行了体外抗寄生虫活性测试。结果令人惊喜，所有化合物对多子小瓜虫的 theront 和 tomont 阶段都展现出了强大的抑制能力。其中，化合物 C1 表现最为突出，它对 theront 的半数有效浓度（EC50）仅为 0.035 mg/L，对 tomont 的 EC50为 0.024 mg/L，分别是厚朴酚的 18 倍和 26 倍，而且其活性超过了孔雀石绿。在鱼模型实验中，化合物 C1 对多子小瓜虫的 trophont 阶段也有显著的抑制效果，进一步证明了其在体内的抗寄生虫活性。这表明化合物 C1 在对抗多子小瓜虫的各个生命阶段都具有巨大的潜力。
ADMET 和 DFT 计算分析
为了深入了解化合物 C1 的性质，研究人员运用 DFT 计算对其进行了 ADMET 性质分析。结果显示，化合物 C1 具有良好的静电势（ESP）分布，其最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占分子轨道（LUMO）之间的能量差较低，这意味着它具有较好的成药性，在药物研发方面具有很大的优势。这些特性为化合物 C1 成为临床可用的抗寄生虫药物提供了理论支持。
作用靶点预测与验证
研究人员采用综合的 in silico 策略，预测 Mapk3 为化合物 C1 的主要治疗靶点。随后，通过 RT - qPCR 分析对这一预测进行了验证。实验结果证实了 Mapk3 确实在化合物 C1 发挥抗寄生虫作用的过程中起到了关键作用，这为进一步探究化合物 C1 的作用机制指明了方向。
作用机制探究
为了揭示化合物 C1 抗寄生虫的内在机制，研究人员进行了 PPI 网络分析、GO 和 KEGG 通路富集分析。结果表明，化合物 C1 可能通过调节 Mapk3 的表达，干扰多子小瓜虫的脂质代谢和脂氧合酶途径，从而发挥强大的抗寄生虫作用。这一发现让人们对化合物 C1 的作用机制有了更深入的认识，也为开发基于此的抗寄生虫药物提供了理论依据。
在这项研究中，西北农林科技大学的研究人员成功合成了 6 种新型厚朴酚衍生物，其中化合物 C1 在对抗多子小瓜虫方面展现出卓越的效果。它不仅抗寄生虫活性强，毒性低，而且具有良好的成药性，作用靶点和机制也较为明确。这一研究成果为水产养殖业对抗多子小瓜虫感染提供了新的有力武器，有望解决长期以来困扰水产养殖业的这一难题，推动全球水产养殖业的健康、可持续发展。同时，该研究也为其他抗寄生虫药物的研发提供了新思路和方法，具有重要的科学意义和应用价值。
