《Bioorganic Chemistry》：Discovery of novel antiviral and antifungal agents based on flavonoid derivatives
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本研究以槲皮素为先导化合物，设计合成了系列新型黄酮胺衍生物，系统评价了其抗病毒（以TMV为例）和抗真菌活性。分子对接显示化合物4AF与TMV CP存在稳定氢键，抑制病毒颗粒组装。同时，4G、4I、4J和4N对白粉菌和立枯丝核菌抑制率超过85%。结构修饰显著提升活性，为开发新型广谱农药提供理论依据。
张佩瑶|严冰冰|刘玉乐|顾宇涵|韩明旭|胡从英|王青敏|王子文
中国天津市天津师范大学化学学院功能分子结构与性能重点实验室，天津300387
摘要
针对植物病毒和真菌病害对全球农业生产构成的严重威胁以及现有控制策略的局限性，本研究旨在开发新型抗病毒和抗真菌剂。以天然黄酮类化合物木犀草素为先导化合物，设计并合成了一系列结构新颖的黄酮衍生物，并系统评估了它们的抗病毒和抗真菌活性。生物测定结果显示，化合物4L（56%）、4Y（57%）、4AE（58%）和4AF（61%）的活性优于阳性对照物宁南霉素（55%）。机制研究表明，高活性化合物4AF通过结合TMV-CP抑制病毒颗粒组装，导致病毒颗粒显著聚集和结构融合。分子对接模拟进一步证明这类化合物与TMV-CP之间存在稳定的氢键相互作用，为潜在的分子机制提供了初步解释。此外，多种化合物对Physalospora piricola和Rhizoctonia cerealis表现出显著的抑制作用。化合物4G、4I、4J和4N对Physalospora piricola的抑制率超过95%，化合物4N对Rhizoctonia cerealis的抑制率为88%。本研究为植物病害的综合防控提供了新的木犀草素衍生物。
引言
植物病毒和病原性疾病不仅影响作物产量和质量，还通过分泌毒素威胁食品安全。植物病毒病害常被称为“植物癌症”，每年造成的经济损失高达数百亿美元[1,2]。与其他病原体不同，病毒完全依赖宿主的代谢机制进行复制，这使得针对特定宿主的防控变得困难[3,4]。目前，化学防治仍是田间管理的主要策略；然而，过度依赖传统农药导致了一系列严重问题，包括环境污染、病原体抗性增强以及对非目标有益生物的伤害[5]。主流抗病毒剂如宁南霉素（来自Streptomyces noursei var. Xichangensis的农业抗生素）可通过抑制TMV CP聚合并激活系统获得性抗性（SAR）来发挥作用[6,7]，但其田间效果受稳定性差和在感染植物中疗效弱的影响[8]。此外，其他抗病毒化学物质（如利巴韦林）的效果也不尽如人意，即使在高浓度下其病毒抑制率也常常低于50%[3]。因此，现有药物的局限性凸显出迫切需要具有高效防护和治疗效果的新解决方案[9,10]。
在这种背景下，基于天然产物的创新药物设计成为重要的研究方向。天然产物凭借其独特的化学结构和药效团，能够与生物靶标发生高度特异性的相互作用，展现出广泛的生物活性[11,12]。黄酮类化合物作为植物次生代谢物的重要类别，因其多样的生物活性而受到广泛关注[13]。研究表明，天然黄酮类化合物（如槲皮素[14]、山柰酚[15]和木犀草素[16]）在植物中具有很强的抗病毒潜力。
木犀草素（5,7-二羟基黄酮）是另一种常见的天然来源中的黄酮化合物，广泛存在于Oroxylum indicum和蜂胶中[16,17]。大量的药理学研究表明，它具有抗氧化[18]、抗炎[19]、抗菌[19]和抗癌[20,21]等多种生物活性，使其成为药物开发的理想先导分子。在农业领域，木犀草素也对Botrytis cinerea和Fusarium等植物病原真菌表现出显著的抑制作用，其机制包括破坏细胞膜完整性、干扰能量代谢以及诱导植物的系统获得性抗性[22]。然而，木犀草素本身的水溶性较低，极大地限制了其生物利用度和实际应用性。为克服这一限制，合理的结构修饰是提高其生物活性的有效策略[23]。在各种方法中，酰胺键作为生物系统中最基本和稳定的化学键，在农药分子设计中起着核心作用，因为它具有优异的生物相容性、结构多样性和强大的生物活性[24]。因此，引入酰胺基团已成为优化先导化合物、改善物理化学性质和增强生物活性的经典方法[25]。
基于上述研究背景和分析，本研究旨在将木犀草素的黄酮骨架与酰胺官能团的优良特性结合起来。我们探索了一种简单高效的合成路线，设计并合成了一系列新型的木犀草素酰胺衍生物（图2）。以TMV为模型病原体，系统评估了所有目标化合物的体外和体内抗病毒活性。此外，通过生化测定和分子对接模拟研究了高活性化合物的作用机制，初步阐明了它们与TMV CP的相互作用模式。同时，还系统评估了这些化合物对六种常见植物病原真菌的抑制作用，以探索其作为多功能农药先导化合物的潜力。本研究为新型高效抗植物病毒剂的开发提供了重要的理论基础和候选分子。
试剂和仪器
所有试剂均从商业供应商处购买，使用前无需进一步纯化。所有无水溶剂在使用前均经过标准干燥和纯化处理。
所有核磁共振（NMR）光谱均在Bruker AV400光谱仪上记录，溶剂使用CDCl?或DMSO-d?。高分辨率质谱（HRMS）数据由FT-ICR质谱仪（Ionspec，7.0 T）获取。化合物的熔点由北京泰科仪器测定。
化学方法
目标木犀草素酰胺衍生物的合成过程如下（图2）：首先，在碱性条件下，木犀草素的酚羟基与溴乙酸酯进行亲核取代反应，生成关键的酚醚酯中间体；随后，在碱性条件下将该中间体的酯基水解得到相应的羧酸；最后，对该中间体进行酰胺化缩合反应。
结论
本研究设计并合成了一系列结构新颖的木犀草素酰胺衍生物。该合成路线操作简便，所用原料易得，产率较高，为类似化合物的制备提供了实用的方法。对目标化合物的系统性生物学评估表明，其抗病毒和抗真菌活性显著依赖于分子结构。
作者贡献声明
张佩瑶：撰写初稿、方法学设计、数据整理。
严冰冰：数据分析。
刘玉乐：数据分析。
顾宇涵：数据分析。
韩明旭：数据分析。
胡从英：数据分析。
王青敏：实验设计、数据分析。
王子文：撰写、审稿与编辑、项目管理、资金申请。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了天津市自然科学基金（项目编号：25JCYBJC00460）的支持。
