基于防治松材线虫病成药性的氮杂双环化合物结构优化及作用靶标初探

Pine wilt disease (PWD) caused by the pinewood nematode is the most destructive epidemic in pine forests. Since its first report in China, the disease has caused the death over 500 million of pine trees. The economic loss is over several hundred billions RMB. In addition, the disease is also a threat to some famous scenery. Unfortunately, there is no effective pesticide for the treatment to this pine forest epidemic. As the pathogen is disturbed in the trunk of pine trees, both intrinsic activity of a reagent against the nematode and its proper distribution in the tree are important to the success of treatment. In our efforts of serarching for new nematocides, it was found that some azabicyclic compounds exhibited high activity towards the pinewood nematode, Bursaphelenchus xylophilus. Base on the previous achievement, herein, the association between the distribution of a compound within a pine tree and its physical and chemical properties, as well as the molecular structure parameters will be investigated systematically. Lead optimization based on the draggability will be performed to search for a novel pesticide for PWD.The possible mode of action of the compounds on nematodes will also be investigated. It would be a valuable contribution to the development of novel nematocides.

松材线虫病是由松材线虫引起、发生在松属树种上的一种毁灭性的森林病害。至2009年，全国因该病害累计致死松树5亿多株，造成经济损失数千亿元。此外，多个风景名胜区也面临松材线虫病的威胁，但目前缺乏有效的针对性防治农药。由于该病害的病原体松材线虫危害部位位于松树枝干内，因此，针对病原体的内在高活性以及合理的树体内传输与分布、适宜的稳定性等成药性，是发展松材线虫病防治新药所必须同时考虑的两个方面。申请人拟在前期发现的、对病原体松材线虫具有高活性的一类含托烷基氮杂双环类化合物的基础上，通过分析化合物的理化性质及分子结构参数与化合物在树体内扩散和分布行为的相关性，并据此进行化合物先导结构优化，以寻找具有实用前景的松材线虫病防治候选农药。同时，对化合物的杀线作用机制进行初步探索，是新机制松材线虫病防治农药研究的有益尝试。

迄今为止，尚缺乏特异性针对松材线虫的安全、有效的杀线虫剂。本项目通过前期发现、具有显著的松材线虫致死活性的氮杂双环噻唑类先导结构的成药性研究，发现先导结构存在稳定性欠佳的缺陷。为改善稳定性，通过变换先导结构的主要片段，设计合成了200余个未见报道的氮杂桥环类化合物。研究发现，变换先导结构中的连接臂腙结构后，尽管化合物的生物活性稍有降低，但可有效提高化合物在酸、中性及弱碱性环境中的稳定性，改善成药性。室内生测结果表明，数个目标化合物抗松材线虫的LC50达5-9 mg/L。. 采用分子模拟软件计算了部分托烷基芳基取代五元杂环化合物的理化参数，结合化合物生测结果，推测具有活性的化合物一般具有较高的Log P值，约4.0-5.0之间，但Log P值的大小并不是影响活性的唯一因素。. 在分子靶标验证方面，利用合作克隆的5-HT2ce、Ser-4、Ser-7、Mod-1四种秀丽隐杆线虫5-HT受体及构建的质粒，成功将其瞬转到CHO-K1细胞中，并验证新表达的质粒5-HT激动有效，新质粒表达正确，从而可以为针对线虫5-HT受体的杀线虫剂分子靶标验证等提供有效的手段。. 通过计算机模拟四种代表性活性化合物与人α7-nAChRs和鼠5-HT3Rs的分子对接，结果表明，化合物与5-羟色胺受体的作用更强；氮杂桥环类化合物芳环一端表现出的疏水作用可能是影响其活性的重要因素。. 在目标化合物的合成制备过程中，还发展了如α,β-不饱和羰基化合物的无金属催化硼烷基化及芳基环丙胺新合成方法、串联多组分反应构建咪唑啉、噁唑烷与噻唑衍生物、不饱和羰基化合物α/β位选择性芳硫基化等绿色高效化学合成方法学。