新一代三氧杂环抗疟药物在青蒿素部分耐药背景下的发现与机制研究

针对青蒿素部分耐药(ART-R)疟原虫的全球蔓延威胁，研究人员通过结构优化开发出新型三氧杂环化合物(±)-2，该化合物在体外对临床ART-R寄生虫具有强效活性，延长药代动力学特征并在小鼠模型中实现单次给药治愈，同时增强人肝微粒体稳定性，为应对抗疟药物耐药性提供了新一代候选药物。

　　

疟疾防治正面临严峻挑战：随着青蒿素联合疗法(ACT)在全球使用二十余年，东南亚和东非地区相继出现青蒿素部分耐药(ART-R)疟原虫，其关键机制与Kelch13(K13)蛋白突变导致的寄生虫内吞功能缺陷相关。更令人担忧的是，曾被寄予厚望的长效三氧杂环候选药物artefenomel(1)因临床开发受阻而终止研究。这一现状促使科学家们亟需开发能克服ART-R的新一代抗疟药物。

来自美国加州大学旧金山分校的研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表重要成果，通过理性设计合成了一系列具有trans-3″芳基结构的1,2,4-三氧杂环化合物。研究人员采用Griesbaum共臭氧分解反应构建核心药效团，通过体外抗疟活性筛选、人肝微粒体(HLM)稳定性测试和小鼠疟疾模型评估，发现代表性化合物(±)-2及其对映体展现出显著优势：对实验室培养的K13突变寄生虫具有低纳摩尔级IC₅₀值；在铁稳定性实验中保持67%原药至24小时；单次50 mg/kg口服剂量即可完全治愈小鼠疟疾感染。尤为关键的是，对2019-2024年乌干达临床分离株的体外环期存活率(RSA)测定显示，(±)-2对ART-R寄生虫的清除效果显著优于二氢青蒿素(DHA)。

关键技术方法包括：1）基于环己烷构象分析设计trans-3″芳基三氧杂环类似物；2）建立包含K13突变体的体外抗疟活性检测体系；3）采用同步化寄生虫进行脉冲式暴露实验模拟药代动力学(PK)特征；4）使用^{Plasmodium berghei}小鼠模型评估单次给药治愈效果；5）对乌干达2019-2024年临床样本进行全基因组测序和表型分析。

研究结果：

【Abstract】

新型trans-3″三氧杂环化合物(±)-2兼具三个关键特征：对ART-R寄生虫的强效体外活性、延长PK暴露曲线（小鼠血浆IC₅₀维持24小时）、以及增强的人肝微粒体稳定性（t_1/2>120分钟）。

【INTRODUCTION】

阐明ART-R的分子机制：K13突变导致寄生虫血红蛋白内吞减少，限制青蒿素活化所需的游离血红素铁供应，尤其影响环状期寄生虫的药物敏感性。

【RESULTS】

结构优化发现para-芳基氨基甲酸酯侧链的trans-3″类似物(±)-2具有最佳特性：

• 体外活性：对W2株^{P. falciparum}的IC₅₀为6.1 nM，优于artefenomel(11 nM)

• 代谢稳定性：人肝微粒体清除率仅6.0 μl/min/mg，远低于artefenomel(72.1)

• 体内疗效：单次50 mg/kg剂量治愈80%感染小鼠，对映体(S,S)-2实现100%治愈

• 铁稳定性：在50 mM Fe²⁺条件下24小时保留67%原药，显著优于artefenomel

【DISCUSSION】

该研究突破性地揭示：通过调控三氧杂环药效团的构象平衡（trans-3″取代使过氧桥稳定性提高），既能维持足够的铁反应性杀灭寄生虫，又可延长体内作用时间覆盖ART-R寄生虫的迟缓发育周期。对临床分离株的RSA实验证实，(±)-2能有效清除含K13 C469Y/A578S等突变的耐药寄生虫（生存率0% vs DHA的5.3-39.1%），为解决ACT疗法失效风险提供了新策略。

这项研究不仅发现了一类具有临床转化潜力的新化学型，更重要的是建立了"增强稳定性+延长暴露"的抗ART-R药物设计范式。相比传统青蒿素类药物，(±)-2类化合物在保持疗效的同时，其改善的溶解性和代谢稳定性更有利于临床制剂开发。随着ART-R在东非的持续扩散，这类新一代三氧杂环候选药物的开发将为全球疟疾防控提供关键武器。