《Bioorganic Chemistry》：Antileishmanial and antimalarial activities of synthetic marine endoperoxides
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合成海洋内过氧化物（marine endoperoxides）mycaperoxides与ethyl plakortide Z首次针对利什曼原虫（Leishmania major）和恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）寄生虫进行了评价，在微
合成海洋内过氧化物（marine endoperoxides）mycaperoxides与ethyl plakortide Z首次针对利什曼原虫（Leishmania major）和恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）寄生虫进行了评价，在微摩尔范围内显示出显著活性。mycaperoxides的构型或结构类似物在抗疟原虫、抗利什曼原虫或细胞毒性活性方面未表现出显著差异。mycaperoxides类似物所观察到的抗寄生虫活性被其对健康细胞表现出的高细胞毒性所抵消。ethyl plakortide Z的低细胞毒性及其对恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）和利什曼原虫（Leishmania major）的强效活性使其成为进一步探索类似物的良好候选化合物。
一、研究背景与立题依据
内过氧化物（endoperoxides）是一类独特的天然产物，迄今已从多种生物中鉴定出数百种该类化合物，其生物学功能多样，常作为产生该化合物的生物体的防御手段。海洋内过氧化物被认为在海绵和被囊动物中通过作为防污剂来维持这一角色。内过氧化物亦已知具有抗寄生虫活性，这源于植物传统药用对抗寄生虫感染的实践，由此发现了ascaridole、yingzhaosu A以及更为重要的青蒿素（artemisinin）。因此，海洋内过氧化物随后在该领域被探索，一些从Plakortis sp.中分离的化合物被发现对疟疾的主要致病因子恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）具有高度活性，例如peroxyplakoric ester B3（IC50值为0.12 μM，SI值为250）、plakortin和dihydroplakortin（对氯喹敏感和氯喹耐药寄生虫的IC50值分别为1.12–1.26 μM和0.235–0.760 μM）、manadoperoxide C（对氯喹耐药和氯喹敏感寄生虫的IC50值为2.33–4.54 μM）。Plakortide F亦显示出对恶性疟原虫的活性，对氯喹敏感和氯喹耐药寄生虫的IC50值在0.11–0.13 μM范围内。Plakortide I作为plakortide F的共轭酮类似物，亦被报道对氯喹敏感株具有抗疟活性，IC50值为0.11–0.127 μM。其他海洋内过氧化物已被证明对锥虫科寄生虫具有活性，如plakortide Q对布氏布氏锥虫（Trypanosoma brucei brucei）的IC50值为49 nM，SI值为105；manadoperoxide B对布氏罗德西亚锥虫（T. b. rhodesiense）血流型的IC50值为0.0088 μM，SI值高于3600，对杜氏利什曼原虫（Leishmania donovani）的无鞭毛体IC50值为1.7 μM，SI值高于17。此外，plakortides E和P已被报道具有抗锥虫和抗利什曼原虫活性，尽管IC50值较高，在1.4至14 μM之间。许多其他海洋内过氧化物已被报道，但其潜在的抗原虫活性数据有限或缺失。
近年来，研究人员所在课题组致力于内过氧化物的合成，旨在开发可应用于全合成的原创方法。所采用的策略包括两个关键反应：将分子氧插入张力环烷醇（cycloalkanol）以及随后通过过氧碳鎓（peroxycarbenium）物种的烷基化对内过氧化物进行官能团化。因此，在过去几年中，研究人员实现了多种内过氧化物的全合成，包括mycaperoxide B、C、D和G，以及ethyl plakortide Z。Mycaperoxides A和B从Mycale spp.海绵中分离，被报道具有细胞毒性，对P-388、A-549和HT-29细胞的IC50值为1.2–2.4 μM，并对水疱性口炎病毒和单纯疱疹病毒1型表现出抗病毒活性，IC50值为0.6–2.4 μM。Ethyl plakortide Z从Plakortis lita中分离，然而被报道仅对哺乳动物癌细胞具有中等细胞毒性活性。鉴于内过氧化物的抗寄生虫潜力，研究人员希望进一步研究合成的天然产物及其类似物对原生动物寄生虫利什曼原虫（Leishmania major）和恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）的活性。评估其抗寄生虫活性并与对哺乳动物细胞的细胞毒性进行比较，也将评估化合物对每种寄生虫的特异性活性，从而判断结果的相关性。因此，研究人员将立体发散策略应用于mycaperoxides和plakortides的全合成，并成功合成了立体分化类似物。本研究也将用于评估相对和绝对构型对化合物生物活性的影响。
二、关键技术方法概述
本研究的关键技术方法包括：（1）以香紫苏醇（sclareol）为起始原料，经钴催化将分子氧插入环丁醇，随后利用稀土金属三氟甲磺酸盐催化生成过氧碳鎓离子进行过氧缩醛官能团化，实现mycaperoxides的立体发散全合成；（2）通过Enders烷基化控制C-4位乙基，经氧插入反应和烷基化完成ethyl plakortide Z的全合成，并采用制备型高效液相色谱（HPLC）分离非对映异构体；（3）针对利什曼原虫（Leishmania major）的无鞭毛体（axenic amastigote）和巨噬细胞内无鞭毛体（intramacrophage amastigote）进行抗利什曼原虫活性评价，以miltefosine为参照药物；（4）针对恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）氯喹敏感株3D7和氯喹耐药株FcB1进行抗疟活性评价，以氯喹（CQ）、青蒿素（ART）和双氢青蒿素（DHA）为对照药物；（5）采用resazurin法和MTT法评估化合物对RAW264.7小鼠巨噬细胞、AB943人原代成纤维细胞和A549人肺泡基底上皮细胞的细胞毒性；（6）计算选择性指数（SI，CC50/IC50）以评估化合物的安全性。研究所用寄生虫株包括利什曼原虫MHOM/PT/92/CRE26株、恶性疟原虫3D7（坦桑尼亚）和FcB1（哥伦比亚）株；细胞系包括RAW264.7（ATCC）、AB943（由Myoline平台提供）和A549（ATCC）。
三、研究结果
3.1 抗利什曼原虫活性
所有测试化合物对利什曼原虫（L. major）无鞭毛体均表现出显著活性。与参照化合物miltefosine相比，测试化合物的IC50值最多低七倍（10a/b），但ethyl plakortide Z（19）除外，其IC50值比miltefosine高两倍以上。mycaperoxide B或C类似物10a/b、10h、10g和12e/f（对decalin上OH基团进行了修饰）观察到相似的活性范围，IC50值约为0.5 μM。相比之下，mycaperoxide G类似物14e/f和14h的活性降低了三至四倍，证明decalin上OH基团的重要性。然而，所有mycaperoxide类似物的CC50值在微摩尔范围内显著偏低，接近对无鞭毛体测定的IC50值，在评估的三种细胞系（RAW264.7小鼠巨噬细胞、AB943人成纤维细胞和A549人肺泡基底上皮细胞）上均如此。此外，除14h外，这些化合物均未对巨噬细胞内无鞭毛体表现出抗利什曼原虫活性，14h对该寄生虫阶段的IC50为4.05 μM，而在RAW264.7巨噬细胞中的CC50为其两倍，导致选择性指数（SI）约为2，相当低。由于所有其他mycaperoxide类似物具有高细胞毒性，其针对巨噬细胞内无鞭毛体的IC50值无法确定。尽管ethyl plakortide Z（19）对无鞭毛体和巨噬细胞内无鞭毛体的IC50约为miltefosine的两倍，但19对RAW264.7巨噬细胞无细胞毒性（CC50值高于100 μM），使其成为有前景的化合物，SI值高于5.9，与参照化合物处于同一范围。
3.2 抗疟原虫活性
化合物的抗疟活性在恶性疟原虫（P. falciparum）氯喹敏感株（3D7）和氯喹耐药株（FcB1）上进行了评估。所有化合物在氯喹敏感株和氯喹耐药株中的IC50值均在微摩尔范围内。所有测试化合物的构型和/或取代差异似乎对截至疟活性并非关键。值得注意的是，与抗利什曼原虫活性不同，不同内过氧化物未表现出与参照化合物氯喹、青蒿素和双氢青蒿素相同水平的活性，后者的IC50值在纳摩尔范围内低得多。此外，mycaperoxides对AB943成纤维细胞的细胞毒性始终超过其抗疟活性，使其SI值低于1，因此对疟疾治疗的进一步开发兴趣较低。然而，由于ethyl plakortide Z（19）对AB943细胞无细胞毒性（CC50值高于200 μM），该化合物具有特殊意义，选择性指数大于62.4。
3.3 构效关系（SAR）
解读不同结果可深入了解抗利什曼原虫和抗疟活性的构效关系。本研究的主要目的是确定构型和取代如何影响mycaperoxide的生物活性。检查decalin部分发现，羟基的存在对于改善对寄生虫的IC50值至关重要。因此，mycaperoxide G类似物14h和14e/f表现出降低的活性。然而，OH基团的构型（mycaperoxide D vs. C）或位置（mycaperoxide D vs. B）似乎不影响生物活性。分析内过氧化物及相邻立体中心构型的结果显示，这些参数通常对所研究的生物活性影响不大。
测试的各种化合物对寄生虫的意义不仅基于其IC50值，还基于选择性指数（SI），其中对参照哺乳动物宿主细胞的细胞毒性起着关键作用。当比较ethyl plakortide Z（19）与mycaperoxides时，羧酸官能团似乎对细胞毒性有很大影响。例如，一些mycaperoxide样降萜内过氧化物在其羧酸形式下比其甲酯形式表现出更高的细胞毒性，如(?)-Muqubilin A（对多种细胞系的细胞毒性高10倍）或Sigmosceptrellin B（对L5178Y小鼠淋巴瘤细胞系的细胞毒性高3倍）。因此，酯官能团似乎显著降低细胞毒性，而对抗利什曼原虫或抗疟活性影响极小，从而使ethyl plakortide Z（19）成为测试化合物中最有前景的候选化合物。然而，在现阶段尚不清楚19与mycaperoxides类似物相比细胞毒性降低是由于酯基本身还是两个化合物家族之间的显著结构差异。
四、讨论与结论
在研究人员关于海洋内过氧化物mycaperoxides和ethyl plakortide Z全合成的报道之后，研究人员评估了多种合成类似物的抗利什曼原虫和抗疟活性。尽管这些内过氧化物通常对两种寄生虫均具有显著活性，但其活性被化合物的细胞毒性所抵消。天然产物类似物的构效关系揭示，相对和绝对构型以及decalin的性质无影响至中等影响。羧基官能团似乎对细胞毒性活性有显著影响。需要补充研究以支持这一假设。因此，这些观察结果为设计受天然产物骨架启发的新型内过氧化物类似物作为潜在抗利什曼原虫和抗疟治疗药物提供了有价值的见解。
研究结论翻译：在研究人员关于海洋内过氧化物mycaperoxides和ethyl plakortide Z全合成的报道之后，研究人员评估了多种合成类似物的抗利什曼原虫和抗疟活性。尽管这些内过氧化物通常对两种寄生虫均具有显著活性，但其活性被化合物的细胞毒性所抵消。天然产物类似物的构效关系揭示，相对和绝对构型以及decalin的性质无影响至中等影响。羧基官能团似乎对细胞毒性活性有显著影响。需要补充研究以支持这一假设。因此，这些观察结果为设计受天然产物骨架启发的新型内过氧化物类似物作为潜在抗利什曼原虫和抗疟治疗药物提供了有价值的见解。
