基于硫孢菌素A衍生的苯基噻唑骨架的氨基酸缀合物的合成、抗真菌活性及植物内吸传导性研究

《Molecules》：Synthesis, Antifungal Activity, and Plant Systemic Mobility of Amino Acid Conjugates of a Thiasporine A-Derived Phenylthiazole Scaffold

　　

为开发兼具高抗真菌活性和韧皮部传导性的杀菌剂候选物，研究人员设计并合成了34个2-[2-(三氟甲氧基)苯基]噻唑-4-甲酰氨基酸及氨基酸酯缀合物。其结构经1H NMR、13C NMR和HRMS表征。随后评估了这些化合物对5种植物病原真菌的体外抗真菌活性及其在蓖麻（Ricinus communis L.）幼苗中的韧皮部和木质部传导性。结果表明，氨基酸缀合物9a-9p通常表现出高于相应氨基酸酯缀合物的抗真菌活性。化合物9m和9n对立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）、核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）、柑橘茎点霉（Phoma citricarpa）和寄生疫霉（Phytophthora parasitica）表现出良好的抑制活性。值得注意的是，化合物9f、9g、9l和9n在200 μmol/L浓度下对柑橘茎点霉表现出强抑制活性，抑制率分别为82.82%、89.86%、80.45%和91.55%，均高于噻呋酰胺（29.30%）。传导性测定揭示了在韧皮部和木质部渗出液中检测到的缀合物衍生材料的构型相关差异，其中化合物3的差异水解对观察到的L/D分布特征有显著贡献。此外，部分L-氨基酸缀合物在蓖麻幼苗中被水解，释放出未缀合的羧酸前体（化合物3）。这些结果表明，适当的氨基酸缀合可以增强抗真菌活性并调节植物体内的系统传导性，为内吸性杀菌剂的结构设计提供了基础。

论文解读：基于硫孢菌素A衍生苯基噻唑骨架的氨基酸缀合物的设计、合成与系统传导性研究

一、研究背景与意义

天然产物长期以来一直是农药先导化合物的重要来源，因其具有结构多样性、新颖的生物靶标和独特的作用机制。硫孢菌素A（Thiasporine A，化合物1）是一种含有苯基噻唑骨架的天然产物，于2015年从海洋放线菌Actinomycetospora chlora SNC-032的代谢物中分离获得。前期研究表明，硫孢菌素A对H2122肺癌细胞系具有中等细胞毒性，在医药领域受到一定关注，但其农业应用潜力鲜有研究。在前期工作中，研究人员对硫孢菌素A的苯环和羧基进行了结构修饰（化合物2），并评估了衍生物的抗真菌活性，其中2-[2-(三氟甲氧基)苯基]噻唑-4-羧酸（化合物3）在200 μmol/L浓度下对齐整小核菌（Sclerotium rolfsii）和寄生疫霉的抑制率超过70%。

韧皮部传导性杀菌剂可从处理过的叶片转运至植物其他部位，从而实现对根部或维管组织病害的防治，因此具有系统传导性的农药开发日益受到关注。氨基酸是植物体内重要的内源物质，由特异性载体系统转运，因此被广泛用作系统传导性农药设计中的载体基团。前期研究已证明，氨基酸缀合可在维持或增强生物活性的同时改善活性化合物的系统传导性。基于上述背景，本研究以化合物3为先导骨架，通过酰胺键与L-或D-氨基酸酯偶联，再经水解获得相应的氨基酸缀合物，共合成34个未见报道的2-[2-(三氟甲氧基)苯基]噻唑-4-甲酰氨基酸及氨基酸酯缀合物，旨在筛选具有良好体外抗真菌活性和蓖麻幼苗传导模型活性的化合物，并为系统传导性杀菌剂候选物的进一步设计与评价提供初步信息。

二、关键技术方法

研究人员以2-(三氟甲氧基)苯甲腈为起始原料，经硫代酰胺化、环化和水解三步反应制得关键中间体化合物3；随后将化合物3经SOCl₂转化为酰氯，与L-或D-氨基酸酯盐酸盐在三乙胺存在下偶联得到氨基酸酯缀合物8a-8r，再经LiOH水解获得氨基酸缀合物9a-9p。所有目标化合物经¹H NMR、¹³C NMR和HRMS表征确认结构。抗真菌活性采用菌丝生长速率法在200 μmol/L浓度下对5种植物病原真菌进行评价，以噻呋酰胺为阳性对照；对抑制率超过60%的化合物进一步测定EC₅₀值。传导性研究采用蓖麻幼苗模型，分别通过子叶吸收和根部吸收方式评估韧皮部和木质部传导性，渗出液经HPLC定量分析。此外，利用ALOGPS 2.1和ACD Log D v 6.00计算化合物的LogKow和pKa值，并应用Kleier模型预测韧皮部传导性。

三、研究结果

3.1 化学合成

目标化合物8a-8r和9a-9p的合成路线如图3所示。硫代酰胺化反应在密封容器中进行以减少NaHS产生的H₂S逸失。化合物8a-8r经柱色谱纯化，化合物9a-9p经乙酸乙酯重结晶纯化。以化合物8b为代表进行波谱解析，其¹H NMR谱中噻唑质子出现在δ 8.88，酰胺NH质子出现在δ 8.61；¹³C NMR谱中酯羰基碳出现在δ 173.22，三个噻唑碳分别出现在δ 160.55、145.78和128.38；HRMS中观察到[M + H]⁺峰m/z 375.0621，与计算值一致。

3.2 抗真菌活性

在200 μmol/L浓度下，大多数目标化合物对5种供试植物病原真菌表现出抗真菌活性。总体而言，氨基酸酯缀合物8a-8r活性相对较弱，其中化合物8c、8k和8l对柑橘茎点霉的抑制率分别为51.96%、53.07%和67.06%；化合物8a表现出较广谱的活性。相比之下，氨基酸缀合物9a-9p通常表现出更强的抗真菌活性。其中9m和9n对寄生疫霉的抑制率超过65%，9d、9f、9g、9m和9n对立枯丝核菌的抑制率约70%或以上。对柑橘茎点霉的活性最为突出，化合物9d、9f、9g、9l、9m和9n的抑制率分别为79.08%、82.82%、89.86%、80.45%、76.31%和91.55%，其中9n活性最高，且多个化合物对柑橘茎点霉和寄生疫霉的活性优于噻呋酰胺。初步构效关系分析表明，氨基酸缀合物活性普遍高于相应酯衍生物，提示游离羧基可能有利于抗真菌活性，但该效应不能仅归因于游离羧基，酯衍生物向羧酸缀合物的转化还可能影响电离状态、亲脂性、水溶性、膜渗透性和代谢稳定性。L-和D-氨基酸衍生物之间未观察到一致的活性差异，表明立体化学构型对活性的影响有限。

对抑制率超过60%的化合物进行了EC₅₀测定。化合物9g对立枯丝核菌的EC₅₀值为42.75 μmol/L，化合物9n对核盘菌的EC₅₀值为35.62 μmol/L；对柑橘茎点霉，化合物9m和9n的EC₅₀值分别为59.69和54.97 μmol/L，均显著低于噻呋酰胺（443.14 μmol/L）。

3.3 蓖麻幼苗韧皮部和木质部传导性

韧皮部传导性测定显示，大多数氨基酸缀合物可在韧皮部渗出液中检出，但色氨酸缀合物未被检出。化合物9b和9e处理后，韧皮部渗出液中总缀合物衍生材料浓度最高，分别达79.54和88.46 μmol/L，但大部分回收材料为化合物3而非完整缀合物。甘氨酸缀合物和多个L-氨基酸衍生缀合物处理后检出了化合物3，表明这些缀合物在植物体内发生了水解。Kleier模型预测结果与实验结果部分一致，但也存在若干偏差，提示基于LogKow和pKa的被动扩散机制可能无法完全解释这些化合物的韧皮部传导行为。

木质部传导性测定中，大多数处理后可在木质部渗出液中检出化合物衍生材料，色氨酸缀合物同样未被检出。化合物9f以完整缀合物形式在木质部液中检出浓度最高，完整缀合物浓度为19.15 μmol/L，总浓度为30.34 μmol/L。多个化合物处理后的木质部渗出液中总浓度高于硫孢菌素A。

3.4 构效关系与传导性初步分析

抗真菌活性测定表明立体化学构型对活性影响有限。传导性数据比较显示，多个L-氨基酸缀合物处理后的完整缀合物与化合物3浓度之和高于相应D-氨基酸缀合物，但该差异应解释为总检出材料的构型相关趋势，而非完整L-缀合物转运能力更强的直接证据。从初步构效关系角度，该系列的活性-传导性特征受氨基酸侧链、酸/酯形式、亲脂性、立体化学构型和水解行为等多因素综合影响。带有支链脂肪族或芳香族侧链的衍生物（如Ile、Leu、Val和Phe缀合物）对多种供试真菌表现出较强活性，但较高的亲脂性并不必然带来更好的传导性。

四、讨论与结论

研究结果表明，氨基酸缀合物9a-9p通常表现出强于相应酯衍生物8a-8r的抗真菌活性，提示游离羧基及相关的理化性质变化可能有助于活性提高。在传导性测定中，植物汁液中同时检出完整缀合物和未缀合的羧酸前体化合物3，因此总含量被描述为总缀合物衍生材料。由于现有实验无法区分完整缀合物是在转运前水解还是在吸收/转运过程中水解，传导性数据应谨慎解读。这些结果表明，氨基酸缀合可以调节植物汁液中回收的化合物衍生材料的量和形式，而完整缀合物的传导性仍需进一步研究。内源氨基酸转运系统可能参与转运的假说仍需实验验证。