仿生半合成、结构优化以及天然稀缺的Eupholathone型、Lathyranone型和Integerrimine型大戟二萜类化合物的抗HIV活性研究

《Bioorganic & Medicinal Chemistry》：Biomimetic semi-synthesis, structural optimization and anti-HIV activity of naturally scarce Eupholathone-, Lathyranone- and Integerrimine-type Euphorbia Diterpenoids

通过生物模拟骨架转换策略构建了三种天然稀缺Euphorbia二萜类化合物（eupholathones、lathyranones、integerrimenes）的72种罕见类似物，发现eupholathone型酯类化合物具有最强抗HIV活性，其中化合物2t EC50为1.51 μM，选择性指数＞66.2，提示其作为抗HIV候选药物的开发潜力。

　　

魏成|彭文|宋培音|张洋|徐金布|史蒂文·德容赫|多米尼克·斯科尔斯|高峰

中国四川省成都市西南交通大学生命科学与工程学院仿生合成天然药物工程研究中心，邮编610031

摘要

基于天然稀缺骨架构建结构多样的化合物库是天然产物药物化学研究中的关键挑战。在本研究中，通过仿生骨架转化策略实现了三类天然稀缺大戟属（Euphorbia）二萜类化合物（包括5/7/7/4型eupholathones、6/11/3型lathyranones和5/11型integerrimenes）的结构多样化，得到了72种罕见的大戟属二萜类类似物库，这些化合物被研究作为潜在的HIV复制抑制剂。其中，eupholathone类酯类化合物表现出最强的抗HIV活性，成为大戟属二萜类化合物家族中具有前景的抗HIV活性物质。结构-活性关系分析表明，eupholathone骨架上的C6位羟基是增强抗HIV活性的关键位置，尤其是芳香酯类化合物效果更佳。具体而言，eupholathone酯类化合物2t显示出最佳的抗HIV-1活性，EC₅₀为1.51 μM，选择性指数超过66.2，表明其具有进一步开发成抗病毒药物的潜力。

引言

大戟属二萜类化合物是大戟属植物的特征性成分，具有有趣的化学结构和显著的生物活性。^{1, 2}迄今为止，已报道了超过1500种大戟属二萜类化合物。³它们通过骨架重组和外围修饰展现出丰富的化学多样性。基于这些多样的空间结构，大戟属二萜类化合物具有广泛的生物活性，包括抗病毒、⁴, ⁵, ⁶抗肿瘤、^{7, 8}以及逆转多重耐药性的作用。^{9, 10}特别是它们作为人类免疫缺陷病毒（HIV）复制抑制剂的活性在药物化学领域受到了广泛关注。其中最引人注目的化合物之一是prostratin，这是一种从E. fischeriana及其他大戟科植物中分离得到的tigliane类二萜类化合物，已进入FDA批准的HIV-1感染者临床试验（图1）。¹¹值得注意的是，从E. poissonii中分离得到的12-脱氧佛波尔-13-苯乙酸酯（DPP）作为抗HIV剂的效果比prostratin强20至40倍。^{12, 13}这种抗病毒活性的增强可能归因于DPP中更亲脂的侧链。此外，刘等人证明大多数ingenane酯类化合物比未修饰的ingenanes对HIV的抑制作用更强。⁵显然，酯基团在大戟属二萜类化合物的抗HIV活性中起着关键作用。酯基的亲脂性对细胞渗透性有积极影响，同时酯基取代基可能对与目标蛋白的结合也有益处。因此，引入亲脂片段是优化大戟属二萜类化合物抗HIV活性的有效方法。（见图2。）

在结构多样的大戟属二萜类化合物中，5/11/3三环核心的lathyrane二萜类化合物广泛存在于Euphorbia lathyris的种子中。它们具有一个灵活的11元大环结构，作为生成多样化大戟属二萜类骨架的重要生物前体。相比之下，eupholathones（5/7/7/4型）、¹⁴ lathyranones（6/11/3型）¹⁵和integerrimenes（5/11型）¹⁶, ¹⁷, ¹⁸是从大戟属或麻风树属（Euphorbiaceae）植物中分离得到的极其稀有的天然二萜类化合物，仅能获得毫克级别的量，限制了对其生物活性的研究。仿生骨架转化或重组策略为从常见天然产物中高效获取稀有骨架提供了可能。受大戟属二萜类化合物生物生成关系的启发，我们之前成功实现了从天然丰富的lathyrane类二萜类化合物半合成不同碳骨架¹⁹, ²⁰, ²¹，为探索这些稀有分子的生物活性奠定了基础。先前研究表明，eupholathone类型的euphornin E具有中等的抗HIV-1活性²⁰，表明这些不常见的大戟属二萜类骨架具有抗HIV潜力。考虑到酯基团对大戟属二萜类化合物抗HIV活性的有益影响，这些酯基也被引入到稀有二萜类化合物中，从而建立了稀有大戟属二萜类化合物库。本文报道了三类天然稀缺大戟属二萜类化合物（eupholathone、lathyranone和integerrimene类型）的生物启发转化合成、酯基衍生化及抗HIV活性评估，并讨论了初步的结构-活性关系。这项工作为开发抗HIV大戟属二萜类化合物衍生物提供了新的见解。

研究片段

化学方法

我们首先构建了结构多样的稀有大戟属二萜类化合物库。以从E. lathyris种子中分离得到的主要成分lathyrane类二萜类化合物Euphorbia因子L₁（1）和L₃（3）为起始材料。如方案1所示，Euphorbia因子L₁在路易斯酸（TMSOTf）催化下发生骨架重排，生成了eupholathone类型二萜类化合物2，产率为92%。这种仿生转化通过C13-C17键实现

结论

由于天然丰度极低且合成难度大，结构复杂的微量天然产物的生物学评估一直是一个挑战。在本研究中，通过仿生骨架转化策略实现了三类天然稀缺大戟属二萜类化合物（包括eupholathone、lathyranone和integerrimene类型）的结构修饰，使其能够作为抗HIV剂进行评估。

一般信息

所有试剂均来自商业渠道，未经进一步纯化直接使用。反应进程通过硅胶GF₂₄₅板上的薄层色谱（TLC）进行监测。可视化通过在254 nm紫外光下照射或喷洒10%磷钼酸乙醇溶液后加热实现。化合物的纯化采用硅胶（200–300目）快速柱色谱法完成。¹氢核（^1H）和碳核（^13C）核磁共振（NMR）谱在CDCl³溶液中记录。

CRediT作者贡献声明

魏成：撰写初稿、数据分析。彭文：数据管理。宋培音：实验研究。张洋：实验研究、数据分析。徐金布：撰写初稿。史蒂文·德容赫：撰写、审稿与编辑、方法学设计。多米尼克·斯科尔斯：撰写、审稿与编辑、方法学设计。高峰：撰写、审稿与编辑、项目管理和资金申请。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（编号22277101和82404470）、中央高校基本科研业务费（编号2682024KJ015和2682023ZTPY078）以及四川省科技计划（编号2025ZNSFSC0689和2025ZNSFSC1731）的资助。感谢西南交通大学分析测试中心提供的NMR数据支持。