巴西冬青（Drimys brasiliensis，属于冬青科）枝条中提取的倍半萜类化合物对克鲁兹锥虫（Trypanosoma cruzi）的抑制作用

《ACS Omega》：Anti-Trypanosoma cruzi Effects of Sesquiterpenoids from Branches of Drimys brasiliensis (Winteraceae)

抗锥虫病活性及分子机制研究揭示巴西桉树枝中分离的六个萜类化合物（1-6）对 Trypanosoma cruzi 的滋养体和内共生虫体均有效，其中 drimane 型化合物5和6的 EC50 分别为3.8和5.9 μM，且无哺乳动物细胞毒性（CC50>200 μM）。分子对接显示两者与锥虫线粒体 ATP 合酶 β亚基结合能达-7.6和-6.8 kcal/mol，提示 ATP 合酶为潜在作用靶点。这些天然产物符合药物likeness规则，为 Chagas 病治疗提供新候选化合物。

　　本研究聚焦于一种名为“Drimys brasiliensis”（Winteraceae科）的植物，其枝条提取物展现出对克氏锥虫（Trypanosoma cruzi）的特异性活性。这一发现为开发新型抗锥虫药物提供了重要的候选分子。通过生物活性引导的分离策略，研究人员从该植物的枝条中分离出六种倍半萜类化合物，包括四种双环倍半萜（bisabolane）和两种drimane型倍半萜。这些化合物中，1和2是首次被报道为天然产物，而3-6则此前已从该植物中分离出，但未被证实具有抗锥虫活性。

在抗锥虫活性评估方面，所有化合物均表现出对克氏锥虫的显著抑制作用，其中化合物5和6在对游离的锥虫（trypomastigote）和细胞内的原虫（amastigote）形式的杀伤效果最为突出。具体而言，化合物5和6对锥虫的EC50值分别为3.8 μM和5.9 μM，且它们对哺乳动物细胞（NCTC细胞）的细胞毒性显著较低，CC50值均高于200 μM。这一结果表明，化合物5和6在选择性方面具有明显优势，其选择性指数（SI）分别为52.0和34.0，远高于当前用于治疗克氏锥虫病的标准药物苯尼达唑（benznidazole）和尼佛替莫（nifurtimox）。

为了进一步评估这些化合物作为药物候选分子的潜力，研究团队采用了一种名为SwissADME的计算工具，对它们的理化性质、药代动力学特征、药物相似性以及可能的药物化学问题进行了分析。结果表明，化合物1、5和6在多个参数上均符合理想的药物特性，包括适当的脂溶性（log P）、分子量、极性（TPSA）、水溶性（log S）以及结构稳定性（如sp3碳的比例）。此外，它们在药代动力学方面也表现良好，显示出高胃肠道吸收能力，并且不与主要的细胞色素P450同工酶发生相互作用，降低了潜在的药物代谢干扰风险。值得注意的是，这些化合物在药物相似性测试中均未触发PAINS（Pan Assay Interference Compounds）警报，进一步支持了其作为潜在药物候选分子的可行性。

研究还利用分子对接（molecular docking）技术，对化合物5和6与克氏锥虫线粒体ATP合成酶（mitochondrial ATP synthase）的结合能力进行了模拟分析。该酶在寄生虫的能量代谢中起着关键作用，是抗锥虫药物开发中的一个重要靶点。分子对接结果显示，化合物5和6在该酶的结合位点中具有较强的亲和力，分别显示出-7.6 kcal/mol和-6.8 kcal/mol的结合能。这些结果表明，化合物5和6可能通过与线粒体ATP合成酶的结合来干扰寄生虫的代谢过程，从而发挥其抗锥虫作用。进一步的分子互作分析表明，化合物5与多个关键氨基酸残基形成氢键和疏水相互作用，如ARG140、ASP207等，这些相互作用有助于其在结合位点的稳定结合。相比之下，化合物6虽然也与多个残基相互作用，但其与ASP207的相互作用较弱，这可能解释了其结合能略低于化合物5。

为了验证这一假设，研究团队还对化合物5和6在其他潜在靶点（如trypanothione还原酶、cruzipain、CYP51等）上的结合能力进行了比较分析。结果显示，线粒体ATP合成酶的结合能力显著优于其他靶点，表明该酶可能是化合物5和6的主要作用靶标。此外，已有研究表明，化合物5在另一种锥虫病原体（如利什曼原虫Leishmania infantum）中能够破坏线粒体结构，导致线粒体肿胀，进一步支持其可能通过影响线粒体功能来抑制寄生虫生长。

从整体来看，这些研究结果不仅揭示了D. brasiliensis中倍半萜类化合物的潜在药理活性，也为开发新型抗锥虫药物提供了新的思路。克氏锥虫病是一种被忽视的热带疾病，其影响范围广泛，尤其在美洲地区。尽管已有治疗药物，但它们存在较高的毒性和较低的疗效，尤其是在疾病的急性阶段。因此，寻找具有更优选择性和更低毒性的新型化合物显得尤为重要。本研究中发现的化合物5和6因其较高的抗锥虫活性和良好的选择性，成为最具前景的候选药物。

值得注意的是，D. brasiliensis作为药用植物，其多种生物活性已被广泛报道，包括抗真菌、抗寄生虫、细胞毒性和抗炎作用。这些特性表明，该植物可能是一个重要的天然药物来源。然而，此前对其倍半萜类化合物的抗锥虫活性研究较为有限，本次研究首次系统地评估了这些化合物对克氏锥虫的活性，并通过分子对接技术揭示了其可能的作用机制。这不仅扩展了我们对D. brasiliensis化学成分的认识，也为后续的药物开发提供了理论依据。

在实验方法上，研究人员采用了多种技术手段，包括高效液相色谱（HPLC）、核磁共振（NMR）光谱分析以及质谱（MS）技术，以准确鉴定这些化合物的结构。这些技术的应用使得研究人员能够明确地确定化合物的分子式和结构特征，从而对其生物活性进行深入探讨。此外，实验中还使用了动物细胞模型（如小鼠成纤维细胞和猴肾细胞）来评估化合物的细胞毒性，确保其在杀伤寄生虫的同时不会对宿主细胞造成明显损害。

本研究的另一个重要贡献在于其对计算化学方法的广泛应用。通过SwissADME平台和AlphaFold蛋白质结构预测工具，研究人员不仅评估了化合物的理化性质和药代动力学行为，还预测了它们与目标蛋白的结合能力。这种计算辅助的药物筛选方法为传统实验方法提供了有力支持，有助于加速药物发现过程，并降低实验成本。特别是在缺乏实验结构的情况下，AlphaFold的预测模型为后续的分子对接和互作分析提供了可靠的依据。

综上所述，本研究在多个层面上推动了克氏锥虫病的治疗研究。首先，它揭示了D. brasiliensis中倍半萜类化合物的潜在抗锥虫活性，其中化合物5和6表现尤为突出。其次，它提供了这些化合物的结构信息，为后续的结构优化和药物设计奠定了基础。第三，它通过计算方法验证了化合物5和6可能通过靶向线粒体ATP合成酶发挥作用，这一发现为开发新型抗锥虫药物提供了新的靶点思路。最后，该研究还强调了天然产物在药物开发中的重要性，特别是在应对被忽视的热带疾病方面，天然产物可能提供独特的化学结构和作用机制，从而克服现有药物的局限性。

此外，研究还提到了一些值得关注的科学问题和未来研究方向。例如，虽然化合物5和6的抗锥虫活性得到了初步验证，但其具体的作用机制仍需进一步探究。这可能涉及其与寄生虫细胞膜或线粒体的相互作用，或者其在细胞内的代谢途径。同时，研究团队也指出，尽管这些化合物表现出良好的药物相似性和低毒性，但仍需进行体内实验以验证其实际疗效和安全性。未来的工作可能包括对化合物5和6的进一步优化，例如通过化学修饰提高其结合亲和力或增强其生物利用度，从而开发出更有效的抗锥虫药物。

从更广泛的视角来看，本研究的成果不仅对克氏锥虫病的治疗具有重要意义，也为其他寄生虫病的药物开发提供了借鉴。克氏锥虫病与利什曼病、非洲锥虫病等寄生虫病在病原体和病理机制上存在一定的相似性，因此，针对线粒体ATP合成酶的药物可能对多种寄生虫病具有潜在治疗价值。此外，D. brasiliensis作为巴西的本土植物，其化学成分的研究也有助于推动巴西的开放科学项目，促进本地资源在药物开发中的应用。

在实际应用方面，研究团队建议对化合物5和6进行进一步的实验研究，以明确其作用机制并评估其在动物模型中的效果。同时，由于这些化合物具有良好的药物相似性，它们可能是未来药物开发中的“hit compounds”，即具有初步活性但需要进一步优化的化合物。通过结构修饰和药理学研究，这些化合物有望成为具有临床应用前景的抗锥虫药物。

总的来说，本研究不仅丰富了我们对D. brasiliensis化学成分的认知，也为克氏锥虫病的治疗提供了新的药物候选分子。通过结合传统的分离技术与现代的计算化学方法，研究团队成功识别了具有潜在药理活性的倍半萜类化合物，并提出了其可能的作用机制。这些成果为未来的研究奠定了基础，也为开发更安全、有效的抗锥虫药物提供了新的方向。