基于生物发酵技术获得的新型青蒿素母核进行衍生物设计、合成和抗疟活性研究

Recently, some research reported that the Artesunate resistant Plasmodium falciparum, which was full of contagious risk, has decreased in vivo sensitivity to ARTs (artemisinin-based combination therapies) in Cambodia, nearby to China. The whole world will face the threat of malaria again. Existing three artemisinin drugs used by ACTs are all 10 position derivatives of Artemisinin, and more likely to produce cross-resistance. Therefore, it is very necessary to modify artemisinin skeleton from other positions as soon as possible, looking for the chemical structures not only with anti-malarial activity, but also to avoid cross-resistance. In the early work of this application, hydroxyl group was introduced into the 7-position of artemisinin by microbial transformation methods. Then 7-hydroxyl artemisinin was modified to several derivatives and the compound LBM-016 was found with strong activity against Plasmodium falciparum and good water solubility. So, series chiral 7-hydroxy artemisinin derivatives will be designed and synthesized with LBM-016 for lead compound in this application, and screened active compound through in vitro and in vivo anti-malarial experiments (with emphasis on the research of artemisinin-resistant malaria parasites).The structure-activity relationship will be also studied. Then, several compounds with prominent activity will be further tested the toxicity and preliminary pharmacokinetic properties, in order to found a anti-malarial drug candidate, with high activity, low side effects, and excellent pharmacokinetic properties, to control possible large-scale contagion of artemisinin-resistant malaria. Meanwhile, we hope that this project can explore new approach and method to the research and utility of natural products resources.

近年来研究发现有扩散风险的对青蒿琥酯耐药的疟原虫已经致使青蒿素联合用药疗法（ACTs）敏感性降低，世界重新面临疟疾的威胁。而现有ACTs采用的三种青蒿素类药物都是10位衍生物，很可能产生交叉耐药。因此，有必要尽快从其它位置修饰青蒿素，寻找既有活性，又能避免交叉耐药的化学结构。本申请在先期工作中，用微生物发酵的方法在青蒿素7位引入羟基，经初步结构修饰，发现化合物LBM-016显示出很强的抗恶性疟原虫活性且水溶性好。为此，本申请拟以其为先导化合物，设计并合成手性7羟基青蒿素的衍生物，经体外、体内抗疟实验（重点研究对青蒿素耐药的疟原虫）进行活性筛选，研究其构效关系。活性突出的化合物将进一步测试毒性，初步测试药代动力学性质，以期发现高活性，低副作用，药代动力学性质优异的抗疟药候选物来应对可能大规模传播的耐药性疟疾。同时，希望通过本项目的探索能够为我国天然产物资源的研究和利用提供新的途径和方法。

项目的背景:.对青蒿琥酯耐药的疟原虫已经致使青蒿素联合用药疗法（ACTs）敏感性降低，世界重新面临疟疾的威胁,现有ACTs 采用的三种青蒿素类药物都是10 位衍生物，很可能产生交叉耐药。因此，有必要尽快从其它位置修饰青蒿素，寻找既有活性，又能避免交叉耐药的化学结构。同时，希望通过本项目的探索能够为我国天然产物资源的研究和利用提供新的途径和方法。..主要研究内容和重要结果:.1） 用生物发酵方法获得了一定量的7α羟基青蒿素和7β 羟基青蒿素（还发现了其它新代谢产物），并以其为母核与侧链连接合成了几个系列的衍生物，经初步的抗恶性疟原虫活性测试，获得了数个结构新颖的高抗疟活性并且水溶性好的化合物。.2）开发了几类侧链的合成方法和路线，并且利用侧链开展了一些扩展研究，获得了一些在其他方面有价值的研究数据。.3）对青蒿素15位进行化学修饰，获得了一系列新的衍生物，发现一些化合物具有一定的抗肿瘤活性，而经过抗氧化应激通路活性测试，发现了1个比tert-butylhydroquinone (tBHQ）抗氧化作用更好的nrf2通路激活剂，有拮抗肺损伤的应用前景，为青蒿素衍生物的功能开发提供了新的方向。.4) 对广藿香醇应用本生物发酵方法进行探索，也取得了成功。证明生物发酵和化学合成的结合可为我国天然产物资源的研究和利用提供新的研究范式。..关键数据及其科学意义：.从合成的150多个化合物里发现了：.1）8个对恶性疟原虫（P. falciparum, W-2）IC50低于0.9 nM的化合物，其中化合物4a达到了0.17nM且水溶性好，是对照的青蒿素活性（16.9 nM）的99.4倍。.2）对癌细胞A549、KB、KB/VCR抑制浓度均低于1.8 μM的化合物1个，同时对nrf2通路最低激活浓度为0.5 μM，并可以拮抗Bleomycin造成的肺损伤，有应用于肺癌治疗和恢复的前景。.3）开展了8类侧链的合成，并扩展应用到其他领域。..成果统计：.本研究课题共发表SCI论文6篇，国内核心期刊2篇，国内会议论文2篇，申请了4个专利均已获得授权。结题时又有2篇论文已投稿，还有一些专利、论文在整理或投送中。自课题启动后，先后有8名硕士研究生参与研究，其中已毕业5人，课题达到了预期目标。