3-吲哚乙腈的先导化合物优化鉴定出具有改进抗流感活性和安全性的候选化合物

《Frontiers in Microbiology》：Lead optimization of 3-indoleacetonitrile identifies candidate compounds with improved anti-influenza activity and safety profiles

　　

引言：甲型流感病毒（IAV）仍然是主要的呼吸道病原体，在全球范围内造成显著的发病率、死亡率和社会经济负担。尽管已有几种抗病毒药物可用于临床，但其有效性常因耐药变异株的出现、治疗窗口有限以及潜在不良反应而受到损害。小分子抗病毒药物代表了流感治疗的重要策略；然而，在提高抗病毒效力的同时最大程度降低毒性仍然是药物开发中的主要挑战。在本研究中，研究人员试图鉴定与先前表征的具有抗流感活性的化合物3-吲哚乙腈结构相关的低毒性候选衍生物。方法：通过整合结构相似性分析、毒性预测和药物相似性评估的计算筛选策略选择候选化合物。使用CCK-8试验和A549细胞形态学观察评价细胞毒性。使用表达荧光素酶的重组PR8流感病毒评估抗病毒活性。随后在致死性流感小鼠模型（攻毒剂量为10×LD₅₀ PR8病毒）中评估有前景的候选物。通过分析体重变化、存活率、肺部病理学、病毒载量和血清AST/ALT水平，确定体内抗病毒效力和安全性。结果：鉴定出四种候选物——吲哚-3-乙醇、吲哚-3-乙酰胺、3-吲哚乙酸和乙酰氧肟酸。细胞毒性分析显示，吲哚-3-乙醇和吲哚-3-乙酰胺的毒性显著低于母体化合物3-吲哚乙腈，在浓度超过640 μM时仍保持高细胞活力。形态学检查进一步证实了其改善的安全性。在抗病毒试验中，吲哚-3-乙醇和吲哚-3-乙酰胺对IAV复制表现出强效抑制，而3-吲哚乙酸和乙酰氧肟酸几乎没有或没有可检测的抗病毒活性。在体内，吲哚-3-乙醇治疗减轻了PR8感染小鼠的体重减轻、延缓了死亡、减少了肺部病理损伤并显著降低了肺中病毒载量。此外，AST/ALT分析表明，与3-吲哚乙腈相比，吲哚-3-乙醇和吲哚-3-乙酰胺的毒性更低。结论：先导化合物3-吲哚乙腈的结构优化导致鉴定出具有改进抗病毒活性和降低毒性的衍生物。在所评估的化合物中，吲哚-3-乙醇在效力和安全性之间表现出最有利的平衡，在细胞和动物模型中均显示出强效抗流感活性。这些发现支持了计算指导的先导化合物优化的实用性，并确定吲哚-3-乙醇是进一步开发为抗流感治疗药物的有前景的候选物。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**
甲型流感病毒（IAV）是全球主要的呼吸道病原体，每年导致季节性流行和偶发大流行，造成显著的发病率和死亡率，尤其对孕妇、老年人、幼儿和免疫功能低下者威胁更大。尽管已有疫苗和抗病毒药物（如神经氨酸酶抑制剂、聚合酶抑制剂和帽依赖性内切核酸酶抑制剂），但抗原漂移和转变不断产生变异株，削弱疫苗效力；同时，耐药病毒株的出现、有限的治疗窗口和潜在不良反应限制了现有药物的有效性。小分子化合物因其药理特性优越、结构多样性和可化学优化潜力，一直是抗病毒药物的重要来源。近年来，人工智能（AI）和机器学习技术通过快速筛选大型化学库、预测生物活性、评估毒性和优化先导化合物，显著降低了药物发现的时间和成本。然而，在提高抗病毒效力的同时降低毒性，仍是药物开发的主要挑战。研究人员的前期工作发现，3-吲哚乙腈在细胞和动物模型中具有广谱抗流感病毒和SARS-CoV-2活性，但其药理性质仍有优化空间。因此，本研究旨在通过计算筛选策略鉴定与3-吲哚乙腈结构相关的低毒性候选衍生物，并系统评估其抗流感活性和安全性，为开发下一代抗流感治疗药物提供理论依据和候选分子。该论文发表在《Frontiers in Microbiology》。

**主要关键技术方法**（不超过250字）
研究人员采用整合结构相似性分析、毒性预测和药物相似性评估的计算筛选策略，从AI辅助筛选中选出四种候选化合物：吲哚-3-乙醇、吲哚-3-乙酰胺、3-吲哚乙酸和乙酰氧肟酸。体外实验使用人肺癌上皮细胞A549和Madin-Darby犬肾细胞（MDCK），通过CCK-8试验和形态学观察评估细胞毒性；利用表达荧光素酶的重组PR8流感病毒（PR8-Luc）进行报告基因试验，通过检测荧光素酶活性间接反映病毒产量。体内实验使用6-7周龄雌性BALB/c小鼠（购自河南斯高贝斯生物技术有限公司），经10×LD₅₀ PR8病毒攻毒，通过腹腔注射给药（20 mg/kg），监测体重、存活率14天，收集肺组织进行病毒滴度（TCID₅₀）测定和H&E染色病理分析，并采集血清检测AST/ALT（肝毒性）、肌酐（CRE）和血尿素氮（BUN）（肾毒性）指标。

**研究结果**
**3.1 计算筛选与候选化合物选择**
基于AI辅助预测，通过整合结构相似性、毒性预测和药物相似性评估，筛选出四种与3-吲哚乙腈结构相关的候选化合物：吲哚-3-乙醇、乙酰氧肟酸、3-吲哚乙酸和吲哚-3-乙酰胺，用于后续评估。

**3.2 候选小分子的细胞毒性评价**
CCK-8试验显示，与母体化合物3-吲哚乙腈相比，吲哚-3-乙醇和吲哚-3-乙酰胺的细胞毒性显著降低，在浓度超过640 μM时仍维持高细胞活力。形态学观察进一步证实，3-吲哚乙腈在1280 μM时诱导细胞变圆和皱缩，而吲哚-3-乙醇和吲哚-3-乙酰胺在高达2560 μM时未观察到明显病变，表明其较低的细胞毒性。

**3.3 候选小分子的体外抗病毒活性评估**
使用PR8-Luc病毒进行报告基因试验。在640 μM非细胞毒性浓度下，3-吲哚乙腈使荧光素酶强度降低约2.92倍；3-吲哚乙酸和乙酰氧肟酸未引起显著变化；而吲哚-3-乙醇和吲哚-3-乙酰胺分别使荧光素酶强度降低约5.25倍和6.14倍，显示出显著增强的抗病毒活性。

**3.4 吲哚-3-乙醇在体内对流感病毒感染的保护作用**
在10×LD₅₀ PR8病毒攻毒的小鼠模型中，与感染对照组（DMSO+PR8）相比，吲哚-3-乙醇治疗可减轻体重减轻、延缓死亡发生时间，但未提高最终存活率；肺大体病理和H&E染色显示，吲哚-3-乙醇组肺部充血、出血和炎症浸润显著减轻，肺泡结构相对完整；TCID₅₀测定表明，吲哚-3-乙醇显著降低肺部病毒滴度，表明其在体内有效抑制IAV复制。

**3.5 吲哚-3-乙醇在重复给药后的肝脏和肾脏安全性**
对未感染小鼠连续14天腹腔注射20 mg/kg化合物。血清生化分析显示，3-吲哚乙腈组AST/ALT比值略有升高，而吲哚-3-乙醇和吲哚-3-乙酰胺组的AST/ALT比值显著低于3-吲哚乙腈组，且均在正常生理范围内，提示无肝损伤；3-吲哚乙腈组血清肌酐水平升高，而吲哚-3-乙醇组肌酐水平显著降低，BUN无显著差异；H&E染色显示肝、肾、脾均未见明显结构异常，表明吲哚-3-乙醇改善了母体化合物的轻度肾功能改变，且未引起可检测的组织毒性。

**讨论与结论**
讨论部分指出，本研究通过结构优化成功降低了先导化合物的细胞毒性，并增强其抗病毒活性，但抗病毒活性与特定结构特征密切相关，并非所有衍生物均有效。吲哚-3-乙醇在体内表现出减轻体重减轻、延缓死亡、降低肺部病理损伤和病毒载量的保护效果，尽管在10×LD₅₀严格攻毒条件下未实现完全保护，但延迟疾病进展和降低病毒载量体现了可测量的治疗获益。安全性评价显示，吲哚-3-乙醇的AST/ALT比值、肌酐水平及肝组织病理均优于3-吲哚乙腈，且未引起肾或脾脏损伤，提示其整体安全性改善。但需注意，AST/ALT比值略低于DMSO对照组仍在正常范围内，不应解读为肝保护作用。此外，吲哚-3-乙醇的分子机制尚未明确，未来需鉴定直接靶点和信号通路；本研究仅评估了有限数量的结构类似物，未纳入临床抗流感药物（如奥司他韦或巴洛沙韦）作为阳性对照，且仅使用单一剂量（20 mg/kg）和单一病毒株，存在局限性。

**研究结论（翻译）**
总结来说，3-吲哚乙腈的结构优化导致鉴定出具有改进生物学特性的候选化合物。其中，吲哚-3-乙醇表现出增强的抗病毒活性、降低的毒性以及体内可衡量的保护效力，支持其作为潜在抗流感治疗药物的进一步开发。