基于天然产物Aspernigerin的新型几丁质合成抑制剂的设计、合成及生物活性研究

Chitin，a major and unique structural component of fungus cell wall and insect cuticle,has been regarded as a special target for new drugs and agrochemicals. It is very important to discover new environment-friendly pesticides with high activity, simple structure and good selectivity. In recent years, many synthetic and natural compounds have been discovered as chitin synthesis inhibitors, such as 1,2,3.4-Tetra-hydroquinolines and quinolines exhibiting remarkable chitin synthesis inhibiting activity(IC50 value are 20000 times more than Nikkomycin Z. As one of 1,2,3.4-tetra-hydroquinolines, Aspernigerin is a cytotoxic alkaloid with novel framework first found from natural Aspergillus niger in 2006 and is a potential medicine lead compound. But there is few report about its use as pesticide. In our early works, we found Aspernigerin and its' analogues showed good fungicidal activity. In this project, the natural product Aspernigerin will be chosen as the lead compound for new pesticide discovery based our former work. Four types of Aspernigerin analogues(I,II,III,IV) are designed with the method of replacing bioiso and linking active sub-structure. The new compounds will be synthesized in 2-6 steps from the materials of substituted1,2,3.4-tetrahydroquinoline, piperazine, aromatic amine, benzamide, heterocycle et al, followed by different level biological evaluation in vitro and in vivo and QSAR study. The program results will be great theoretical significance and practical value to new chitin synthesis inhibitors discovery.

针对昆虫表皮和真菌细胞壁特有的几丁质, 开发具有作用机理独特、结构简单新颖、高效低毒的新农药，对当今环境制约下的高效绿色农药创制具有重要意义。四氢喹啉及喹啉类化合物具有显著的真菌几丁质合成酶抑制活性，个别化合物的活性高于尼克霉素Z达2万倍。Aspernigerin是2006年发现的一个骨架新颖的生物碱类次生代谢产物，属于四氢喹啉类化合物，是一个潜在药物分子或先导化合物，但在农业上的应用少有研究。本项目在课题组前期相关工作基础上，以Aspernigerin为先导开展新型几丁质合成抑制剂创制研究。拟采用生物等排取代和活性结构拼接的方法，设计四个系列Aspernigerin类似物，通过合成、生物活性评价及构效关系研究，以期获得活性高、选择性好及环境相容性高的新型几丁质合成抑制剂，为新型高效、低毒农用杀菌剂的创制提供新的思路和理论依据。

为了发现有开发前景的农用杀菌剂，本论文主要针对对农业生产影响比较严重的植物病原菌，尤其针对小麦全蚀病以及苹果树腐烂病，从天然产物Aspernigerin出发，针对其重要活性片段1,2,3,4-四氢喹啉进行结构衍生，设计合成系列新型化合物，通过对植物病原菌的离体、活体活性评价和构效关系分析，获得了具有深入研究价值的高活性化合物。主要取得的创新性成果有：.（1）本课题组前期研究发现，1,2,3,4-四氢喹啉是天然产物Aspernigerin的主要组成部分，也是重要的生物活性片段，广泛存在于多种天然产物结构中，并具有多种优良的生物活性，如：抗癌、抗病毒、抗菌等。本项目采用基于天然产物的活性亚结构拼接设计方法，将天然活性片段1,2,3,4-四氢喹啉与具有优良生物活性的苯甲酰胺、缩氨基（硫）脲和吡唑甲酰胺类化合物进行拼接，设计合成了三大系列，共计300多个目标化合物。.（2）初步离体抑菌活性：化合物大多显示较好的抑菌活性，部分显示了较好的杀虫和除草活性，尤其是部分化合物对苹果树腐烂病菌、油菜菌核病菌、水稻纹枯病菌和小麦全蚀病菌均表现出了良好的抑菌活性。.（3）盆栽药效试验表明：化合物II-A-22与II-B-07对小麦全蚀病具有明显的防治效果，防效分别为43.2%与44.6%，与吡唑醚菌酯的防效相当（47.4%）。小麦根部病害田间药效试验表明：高活性化合物II-B-07对小麦根部病害及白穗的防效分别为41.6%与81.9%。同时发现，化合物II-B-07与III-B-04对小麦的增产效果分别高达31.2%与37.6%，优于对照药剂苯醚甲环唑的增产效果（23.7%）。苹果树腐烂病田间药效试验表明：化合物II-A-27、II-B-20与III-B-04对苹果树腐烂病的防效分别为76.3%、67.9%和63.0%。其中，化合物II-A-27的防效与戊唑醇相当（79.8%）。值得进一步深入研究。.（4）采用Lucero等所建立的非放射性高通量几丁质合成酶的测定方法，以酿酒酵母几丁质合成酶为对象，并对该方法进行适当的修改。发现部分目标化合物II真菌几丁质合成酶抑制活性。.综上所述，通过探索1,2,3,4-四氢喹啉可能是Aspernigerin结构中起主要生物活性作用的片段。发现二个结构新颖的高活性化合物，为我们后续研究工作奠定基础，以期获得活性更高、更安全的候选农药分子。