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科研進(jìn)展
昆明植物所基于天然產(chǎn)物研究提出并利用新型POSS策略發(fā)現(xiàn)潛在抗新冠病毒分子取得新進(jìn)展 文章來(lái)源: | 發(fā)布時(shí)間:2022-05-07 | 作者: | 瀏覽次數(shù): | 【打印】 【關(guān)閉】 在天然產(chǎn)物化學(xué)研究中,通常由于無(wú)法獲得足量的新穎天然產(chǎn)物(Novel Natural Products, NNPs)而阻礙了深入的藥化及藥理學(xué)等研究的開展;天然產(chǎn)物(NPs)復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)也導(dǎo)致其在全合成研究中存在極大挑戰(zhàn)。因此,化學(xué)家們開發(fā)了系列的合成策略,將NPs的結(jié)構(gòu)片段信息納入合成研究中,試圖以高效的方式發(fā)現(xiàn)潛在的活性分子。例如,Wender等的“Function-Oriented Synthesis(FOS)”策略是基于NPs的結(jié)構(gòu)和計(jì)算分析所得到的藥效團(tuán),并合成具有藥效團(tuán)的簡(jiǎn)化衍生物(圖 1a)。Waldmann等的“Biology-Oriented Synthesis(BIOS)”(圖 1a)策略則根據(jù)NPs的結(jié)構(gòu)特征設(shè)計(jì)和合成衍生物庫(kù),從而提升所合成衍生物活性的可能性,并據(jù)此提出了“pesudo-Natural Products”的概念。以上策略主要運(yùn)用于探索類天然骨架(Natural-like Scaffold)的化學(xué)空間。由于新穎天然骨架(Novel Natural Scaffold)攜帶著更為豐富的結(jié)構(gòu)信息,有必要進(jìn)一步探索其潛在的應(yīng)用價(jià)值。 圖1 a) FOS和BIOS研究策略;b) 本研究所提出的POSS策略并應(yīng)用于oridonin與maoelactone A 中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所等提出了挖掘新穎天然骨架潛在應(yīng)用價(jià)值的“Pharmacophore-Oriented Semisynthesis(POSS)”策略(圖 1b)。該策略的研究思路在于將天然骨架A的藥效團(tuán)與新穎骨架B相結(jié)合,進(jìn)一步通過(guò)結(jié)構(gòu)修飾與藥理學(xué)研究得到系列活性衍生物。根據(jù)該研究思路,開展了針對(duì)冬凌草甲素(oridonin,發(fā)現(xiàn)自冬凌草)與新穎二萜maoelactone A(發(fā)現(xiàn)自毛萼香茶菜)的原理證明實(shí)驗(yàn),即將oridonin的藥效團(tuán)與maoelactone A的新穎骨架相結(jié)合從而得到新穎抗新冠病毒活性分子家族。首次發(fā)現(xiàn)了具新穎5/5/6/6/5環(huán)系的對(duì)映-貝殼杉烷型化合物maoelactone A,并完成了10步仿生半合成研究(圖 2)。 在化學(xué)合成中,首先利用C-15羥基的酸催化保護(hù)/脫保護(hù)方法成功實(shí)現(xiàn)了合成過(guò)程中最具挑戰(zhàn)性的C-2位羥化,其次發(fā)現(xiàn)了新穎的沃爾夫重排串聯(lián)內(nèi)酯化(Wolff rearrangement/lactonization cascade,WRLC)反應(yīng)用于一步構(gòu)建目標(biāo)分子的5/5/6/6/5環(huán)系。理論計(jì)算表明了WRLC反應(yīng)經(jīng)歷了沃爾夫重排的協(xié)同過(guò)程和水輔助的內(nèi)酯化過(guò)程。將該反應(yīng)應(yīng)用于POSS策略中,在高含量天然產(chǎn)物oridonin中成功實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)藥效團(tuán)與5/5/6/6/5環(huán)系的組裝,并通過(guò)結(jié)構(gòu)修飾及抗新冠病毒活性篩選發(fā)現(xiàn)了系列新型活性分子。該類化合物能夠選擇性地抑制SARS-CoV-2 3CLPro酶活,并可能通過(guò)共價(jià)結(jié)合Cys145發(fā)揮抑制活力。所發(fā)現(xiàn)的活性化合物中,化合物70(圖 3)在新冠病毒感染的Vero E6細(xì)胞上顯示出極好的抑制活力與較高的選擇性指數(shù),其EC50值為19 nM,治療指數(shù)值大于1000,均優(yōu)于陽(yáng)性對(duì)照藥瑞德西韋(remdesivir),顯示出了潛在的應(yīng)用前景。
圖2 Maoelactone A的仿生半合成
圖3 部分化合物在Vero E6與HPA Epic細(xì)胞株中抑制新冠病毒復(fù)制的活力 該研究工作從發(fā)現(xiàn)maoelactone A起,歷時(shí)5年完成了結(jié)構(gòu)確證、仿生合成、結(jié)構(gòu)修飾及藥理活性的研究,是天然產(chǎn)物化學(xué)研究領(lǐng)域“發(fā)現(xiàn)分子—?jiǎng)?chuàng)造分子—利用分子”的一個(gè)成功案例。以上研究成果以“Harnessing Natural Products by a Pharmacophore-Oriented Semisynthesis Approach for the Discovery of Potential Anti-SARS-CoV-2 Agents”為題在線發(fā)表于國(guó)際著名期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed., 2022, e202201684)。 中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所周元飛博士、顏秉超博士、楊謙博士和中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所龍昕雁博士研究生為該論文的第一作者。中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所普諾?白瑪?shù)ぴ鲅芯繂T,中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所鄭永唐研究員,中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)所薛小松研究員為通訊作者。 該研究工作得到了NSFC-云南聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目(U2002221),科技部第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究項(xiàng)目(2019QZKK0502),國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81673329,81874298,22122104,21933004和82151214),中國(guó)科學(xué)院2019年度交叉團(tuán)隊(duì)-重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合作研究專項(xiàng)和云南省杰青項(xiàng)目等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。 |
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