基于2-氨基噻吩衍生物的新N-取代噻吩吡啶类化合物的设计与合成，作为抗利什曼病药物

《Bioorganic & Medicinal Chemistry》：Drug design and synthesis of new N-substituted-thienopyridine based on 2-aminothiophene derivatives as antileishmanial agents

利什曼病新型治疗药物开发：基于N-取代噻吩[2,3-c]吡啶衍生物的体外与计算研究显示化合物3f对多种利什曼原虫株（包括L. amazonensis、L. braziliensis、L. infantum）具有显著抑制活性（IC50 0.83-1.13 μM），其选择性指数（SI）较现有疗法提高250倍，且在小鼠模型中表现出低急性毒性（LD50 2000 mg/kg）。分子模拟证实该化合物与NDK、DHODH、CYP51关键酶结合能力优于参考药物，为抗利什曼药物设计提供新靶点。

　　本研究聚焦于一种被忽视的热带疾病——利什曼病，探索了基于噻吩并吡啶结构的新型化合物在抗利什曼病中的潜力。利什曼病是由利什曼原虫引起的寄生虫疾病，主要通过感染的雌性沙蝇叮咬传播给人类。根据世界卫生组织的数据，2023年全球约有27万例新的皮肤型利什曼病（CL）病例，其中78%来自阿富汗、巴基斯坦、叙利亚和巴西；而约有9500例新的内脏型利什曼病（VL）病例，其中66%出现在埃塞俄比亚、苏丹、巴西和肯尼亚。这种疾病的高发病率和治疗上的局限性，使得其被归类为被忽视的热带疾病（NTD），并成为联合国可持续发展目标3的重要组成部分，旨在通过公平获取有效疗法来结束NTD的流行。

目前，利什曼病的主要治疗药物包括五价锑化合物（如Glucantime?和Pentostam?）、两性霉素B（如AmBisome?）、miltefosine（Impavido?）、paromomycin和pentamidine。然而，这些药物普遍面临高毒性、严重副作用和复杂的给药方式等挑战，导致患者依从性差。尤其是五价锑化合物，尽管自20世纪初便被用于治疗，但由于抗药性的出现，治疗失败率逐渐上升。同时，这些药物的使用受到严格限制，需要通过特定的治疗方案来降低其不良反应。目前，美国食品药品监督管理局（FDA）并未批准任何五价锑化合物用于临床治疗。

另一方面，两性霉素B、paromomycin和pentamidine虽然被广泛使用，但它们本质上是抗菌药物，而非专门针对利什曼原虫的药物。miltefosine是唯一被批准用于治疗利什曼病的口服药物，但最初是为皮肤癌的局部治疗而开发的。尽管经过再利用，但目前支持这些药物在利什曼病治疗中的临床证据质量较低，这进一步凸显了在利什曼病治疗领域缺乏创新药物的问题。

因此，开发具有利什曼病治疗潜力的新化学实体变得尤为重要。本研究团队长期以来关注于2-氨基噻吩衍生物（2-AT）这一类化合物，因其具有良好的药效学特征，可以作为新型抗利什曼病药物候选的设计基础。这类化合物的药效子结构允许简单且低成本的合成，同时具备较高的原子经济性，能够生成具有广泛化学多样性和生物学活性的分子及其合成中间体。

在最近的研究中，我们通过Hit-to-Lead（H2L）优化过程，对2-AT类化合物进行了系统的探索，获得了多种具有亚微摩尔水平抗利什曼活性且具有治疗安全性的化合物。其中，化合物SB-83在口服生物利用度和体内抗利什曼活性方面均优于参考药物Glucantime?。此外，通过结构-活性关系（SAR）和定量结构-活性关系（QSAR）研究，我们发现噻吩环上C4和C5位置的取代模式对药效学调控具有显著影响。在一项最新的研究中，我们观察到将环烷基结构替换为取代的哌啶环（形成噻吩并吡啶）能够提高这些化合物对L. amazonensis的抗利什曼活性。

基于上述发现，本研究进一步设计和合成了多个基于噻吩并吡啶结构的化合物，旨在评估其在抗利什曼病中的潜力。这些化合物在结构上与原化合物有所不同，主要体现在吡啶氮的位置以及取代模式上。通过结合体外实验和计算机模拟，我们对这些化合物进行了系统的评估，考察其对L. amazonensis、L. braziliensis和L. infantum的活性，以及对利什曼原虫关键酶（如核苷二磷酸激酶NDK、二氢嘧啶脱氢酶DHODH和甾醇14α-脱甲基酶CYP51）的抑制能力。同时，我们也评估了这些化合物在RAW 264.7巨噬细胞中的细胞毒性和在Zophobas morio模型中的急性毒性。

在合成方面，我们采用了一种成熟的三组分耦合反应——Gewald反应，通过将丙二腈、硫元素和N-取代的哌啶酮（酮）进行反应，生成了目标化合物。这些化合物在结构上分为三类：N-Boc-噻吩并[2,3-b]吡啶衍生物（1a–f）、N-Boc-噻吩并[2,3-c]吡啶衍生物（2a–i）和N-苯基-噻吩并[2,3-c]吡啶衍生物（3a–i）。其中，N-Boc-噻吩并[2,3-c]吡啶衍生物（2b、2c、2f、2g）在体外实验中表现出良好的抗利什曼活性（IC?? < 10 μM），而N-Boc-噻吩并[2,3-b]吡啶衍生物（1a–f）则未表现出显著的活性。

为了进一步优化化合物的活性和选择性，我们设计并合成了N-苯基-噻吩并[2,3-c]吡啶衍生物（3a–i）。在这些化合物中，3c、3f和3g表现出更优的抗利什曼活性和选择性指数（SI）。值得注意的是，化合物3f在体内实验中显示出强大的抗利什曼活性（IC??介于0.83至1.13 μM之间），与两性霉素B的活性相当，但其SI值高出250倍，且在Zophobas morio模型中表现出较低的急性毒性（LD?? = 2000 mg/kg）。这些结果表明，化合物3f在抗利什曼病治疗中具有良好的安全性和选择性。

通过SwissADME和Osiris等软件进行的理化性质和药代动力学预测，进一步验证了化合物3f具有良好的药物性质和口服生物利用度。分子对接和分子动力学模拟结果显示，化合物3f对NDK（PDB: 5GO1）、DHODH（PDB: 4WZH）和CYP51（PDB: 3L4D）具有较强的结合亲和力，其结合能力超过参考配体，同时形成的复合物具有较高的稳定性，与关键催化位点发生显著相互作用，并表现出较低的RMSD（均方根偏差）、紧凑的回转半径和较小的RMSF（均方根波动），这些特性支持其作为具有构象稳定性和特异性酶抑制能力的候选药物。

综上所述，本研究成功设计并合成了基于2-氨基噻吩骨架的一系列N-取代噻吩并吡啶衍生物，这些化合物在结构上因吡啶氮的位置不同而呈现出多样性。通过基于表型的药效学评估，我们验证了吡啶氮的位置对化合物活性的重要性，同时也揭示了取代模式对药效学调控的关键作用。这些化合物的优异表现，为利什曼病的治疗提供了新的化学实体，显示出其在抗利什曼病药物开发中的巨大潜力。特别是化合物3f，因其在体外和体内实验中均表现出良好的抗利什曼活性、高选择性指数和低毒性，被认为是进一步优化的有力候选。这一发现不仅有助于克服当前治疗药物的局限性，也为全球减少利什曼病的健康负担提供了新的方向。