设计、合成及生物学评估：一种基于吡咯并吡啶酮和吡啶并喹唑啉酮结构天然产物的定向库，用于研究其抗真菌和抗蠕虫活性

《Bioorganic & Medicinal Chemistry》：Design, synthesis, and biological evaluation of a focused pyrrolo- and pyrido-quinazolinone natural products-templated library for anti-fungal and anthelmintic activities

通过新型合成方法构建了70个以吡咯/吡啶并喹啉酮为模板的化合物库，筛选发现13k和14h对钩虫抑制活性最佳，13f、23b、25a对C. auris粘附抑制率达50%以上，并揭示了卤素取代和甲基取代位置对活性的关键影响。

　　
该研究聚焦于基于吡咯/吡啶喹诺酮类天然产物的结构库设计与活性筛选，旨在开发同时抑制真菌病原体和寄生虫的双功能药物。团队通过创新性合成策略构建了包含70种化合物的模板化分子库，并系统评估了其对人类钩虫、鞭虫及致命性真菌酿酒酵母的活性。研究揭示了喹诺酮类化合物在寄生虫和真菌治疗中的潜力，同时明确了结构优化方向。

### 核心研究内容与突破
1. **合成策略创新**
研究团队开发了两种高效合成途径：
- **aza-Nazarov双环化法**：通过调控三氟甲磺酸（TfOH）的用量与溶剂环境，在角形三环结构上实现选择性环化，生成具有C-芳基取代的角形luotonins（如13a-13l）。该路径特别适用于构建复杂多环结构，产率稳定在60%-85%。
- **Dieckmann环化-Friedlander缩合法**：在富质子环境中（TfOH过量）诱导线性三环结构形成，再经Friedlander反应构建B-芳基取代的luotonins（14a-14n）和rutasecarpines（21a-21e）。此方法可高效合成具有刚性环系的化合物，如24c（-whipworm活性IC50=17.3 μM）。

2. **抗寄生虫活性突破**
- **钩虫高效抑制剂**：角形luotonins（如13k，IC50=12.93 μM）和线性衍生物（14h，IC50=54.2 μM）对非洲钩虫（A. ceylanicum）成虫具有显著抑制活性，较阿苯达唑（IC50>376 μM）活性提升7-28倍。
- **鞭虫活性发现**：24c对英国鞭虫（T. muris）成虫展示42%抑制率（p=0.0025），提示未来可能通过结构修饰实现双寄生虫活性。
- **结构活性关联（SAR）规律**：
- **取代基类型**：卤素（Cl/F）取代角形luotonins（如13c、13g）活性优于未取代物（13a）。
- **甲基取代位置**：邻位甲基取代（13k）较对位（13d）活性提升3倍。
- **环系构型**：角形三环结构（如13系列）显著优于线性衍生物（14系列）。

3. **抗真菌粘附新机制**
- **粘附抑制核心**：13f（luotonins）、23b（nor-rutaecarpines）、25a（isaindigotones）在10 μM浓度下即可抑制C. auris B11221菌株的表面粘附（抑制率>50%），其作用机制可能与破坏真菌细胞壁蛋白的构象稳定性相关。
- **结构特征关联**：
- **卤素取代**：所有高活性抗粘附化合物均含有Cl/F取代基（如13f的C-Cl）。
- **三环刚性结构**：23b的nor-rutaecarpine骨架和25a的isaindigotone骨架显示出优于线性结构的活性。
- **溶解性平衡**：角形衍生物（如13f）水溶性（0.5 mg/mL）优于线性结构（如20b，难溶），但线性衍生物（24c）通过分子内氢键增强稳定性，在体外表现出更好的批次一致性。

### 技术难点与解决方案
1. **角形/线性构型选择性控制**
通过调控TfOH与溶剂比例（如甲苯中TfOH:底物=1:50 vs. DCM中1:200），可定向获得角形（低TfOH）或线性（高TfOH）三环中间体，解决传统合成中构型选择困难的问题。

2. **高活性抗真菌化合物的筛选优化**
采用自动化平板扩散法结合荧光微阵列技术，发现13f对C. auris B11221的最低有效浓度（EC50=8.7 μM）接近已知抗真菌药物棘白菌素（EC50=12 μM）。其活性可能源于两方面：
- **抑制生物膜形成**：通过干扰C. auris的Fks1蛋白磷酸化通路（需后续验证）。
- **细胞膜扰动**：结构中的C-Cl取代基可能通过空间位阻效应破坏真菌细胞膜流动性。

3. **寄生虫与真菌靶点协同效应**
研究发现13k（钩虫IC50=12.93 μM）与23b（抗粘附EC50=14.5 μM）在分子库中呈现"双功能"特征，提示该骨架可能同时作用于寄生虫的神经肌肉接头（如乙酰胆碱酯酶抑制）和真菌的粘附相关蛋白（如Agglutinins）。

### 临床转化前景与挑战
1. **优势**
- **广谱活性**：13k对钩虫成虫和幼虫均有效（需进一步验证），且对A. duodenale显示交叉活性。
- **口服生物利用度**：角形luotonins（如13k）的logP值（1.2-1.5）符合ClogP原则，可能通过肠道吸收。
- **耐药性规避**：基于非传统靶点（如寄生虫的谷氨酸脱羧酶）和真菌的粘附通路，与现有药物作用靶点形成互补。

2. **现存挑战**
- **口服吸收率限制**：线性结构（如24c）的logP值（3.1-3.4）导致生物利用度不足，需引入亲脂性基团或前药设计。
- **动物实验空白**：目前活性数据仅基于体外寄生虫模型（如P посesa A. ceylanicum成虫培养液）和标准菌株（C. auris B11221），需补充啮齿类感染模型验证。
- **安全性问题**：部分高活性化合物（如25a）的细胞毒性（GI50=58 μM）需通过结构修饰优化。

### 未来研究方向
1. **结构优化策略**
- **多取代位点开发**：在C-Cl取代基础上，引入氟苯基（如13g的F取代）或硝基苯基（如13f的NO2取代）增强抗真菌活性。
- **构象刚性增强**：通过间位取代（如24c的p-CH3）或引入苯并咪唑环（参考22d结构）提高分子稳定性。

2. **作用机制解析**
- **抗寄生虫机制**：建议通过荧光标记技术观察13k对钩虫幼虫表皮肌动蛋白微丝的抑制效应。
- **抗真菌机制**：利用表面等离子共振（SPR）技术研究13f对C. auris adhesin蛋白（如Cdr1）的抑制动力学。

3. **临床前开发重点**
- **药代动力学优化**：优先开发角形luotonins（13系列），因其logD值（1.8-2.1）更适合血脑屏障穿透（参考Albendazole的logD=2.3）。
- **耐药性测试**：需建立C. auris临床分离株的长期培养模型，评估23b等化合物的耐药逃逸能力。

### 行业影响评估
1. **寄生虫治疗革新**
当前WHO推荐的驱虫药物（如阿苯达唑）对钩虫的EC50>300 μM，而13k的EC50仅12.93 μM，若能在动物模型中达到田间浓度（0.1-1 μM），将显著降低治疗成本（按WHO标准，1剂药量可覆盖5人，成本约$0.5/剂）。

2. **抗真菌新策略**
研究显示，针对粘附通路的抑制剂（如13f）在抑制C. auris生物膜形成（EC50=9.8 μM）方面优于传统唑类（氟康唑EC50=2.1 μM但无法抑制生物膜）。结合2023年CDC报告显示美国每年因C. auris感染导致23,000例死亡，开发新型抗粘附药物具有紧迫性。

3. **合成技术平台价值**
所建立的双途径合成体系（aza-Nazarov法和Dieckmann环化法）可扩展至其他生物碱类分子的开发，如针对疟原虫的喹诺酮衍生物库（预计2025年前完成1000+化合物筛选）。

该研究为双抗治疗药物（抗寄生虫+抗真菌）的开发提供了全新化学骨架，其成果已申请3项PCT国际专利（公开号WO2023112345等），预计在2026年进入临床前候选化合物（Preclinical Candidate, PCC）阶段。