新型双环吡咯烷类似物通过选择性抑制苯丙氨酸tRNA合成酶(PheRS)高效抗弓形虫感染研究

研究人员针对弓形虫(Toxoplasma gondii)治疗药物靶点苯丙氨酸tRNA合成酶(PheRS)，设计新型双环吡咯烷类似物，通过结构修饰优化获得兼具选择性抑制寄生虫PheRS、降低hERG毒性、改善药代动力学特性的先导化合物，实现小鼠急性感染的低剂量治愈，为弓形虫病治疗提供新策略。

　　

弓形虫病是由专性胞内寄生虫弓形虫(Toxoplasma gondii)引起的全球性人兽共患病，免疫缺陷患者可能发生致命性脑炎，孕妇感染可导致胎儿畸形。现有治疗药物如乙胺嘧啶存在骨髓抑制等严重副作用，且难以穿透血脑屏障。寄生虫特有的苯丙氨酸tRNA合成酶(PheRS)因其与人类同源酶的结构差异，成为理想药物靶点。华盛顿大学团队前期发现双环吡咯烷能选择性抑制寄生虫PheRS，但存在血浆蛋白结合率高、心脏毒性(hERG抑制)等问题。

研究采用计算机辅助药物设计、酶抑制活性检测、血浆蛋白结合率测定、hERG抑制实验、小鼠药代动力学分析和急性感染模型等关键技术。实验使用转基因T. gondii株系及雌性BALB/c小鼠建立感染模型。

结构-活性关系研究

通过系统修饰双环吡咯烷的生物芳基炔延伸部分（占据苯丙氨酸结合位点），发现邻位羟基取代(ortho)比间位(meta)或对位(para)具有更强抑制活性。在生物芳基炔的近端和远端苯环引入氮原子，以及在甲氧基苯基脲部分（占据寄生虫酶特有辅助位点）进行修饰，获得抑制效力达纳摩尔级的化合物。

药理学特性优化

通过降低化合物疏水性，将血浆蛋白结合率从>99%降至90-95%，同时维持对寄生虫PheRS的选择性（选择性指数>1000倍）。关键化合物对hERG通道的半数抑制浓度(IC₅₀)>30 μM，远高于治疗浓度。

体内疗效验证

优选化合物展现优异药代特性：血浆半衰期>8小时，脑脊液/血浆浓度比达0.3-0.5。在50 mg/kg每日一次给药的方案下，完全清除小鼠脑、肺、脾脏的寄生虫负荷，且无体重减轻等毒性表现。

该研究通过精准靶向寄生虫特有PheRS结构特征，获得首个兼具高效抗虫活性、良好安全性及中枢渗透性的先导化合物，突破了现有抗弓形虫药物的多重局限。其提出的"辅助位点修饰"策略为其他氨基酰-tRNA合成酶抑制剂开发提供新范式，系列化合物已进入临床前开发阶段。论文发表于《Journal of Medicinal Chemistry》。