.528.World Notes on Antibiotics, 2019, Vol.40, No.6基于青蒿素结构单元的二聚体及其抗耐药疟疾活性杨丽君，解小兵，于志，郭新乐编写，冯连顺，赵峰审校（武汉药明康德新药开发有限公司，武汉430073）摘要：全球约一半人口有感染疟疾的风险，每年新增约2亿感染病例，数十万人因此丧命。抗疟疾药物如青蒿素及其半合 成衍生物对疟疾的治疗不可或缺，但由于长时间、广泛使用，疟疾对现有药物的耐药性日益严重。因此，研发新型抗疟疾药物 势在必行。与单核化合物相比，二聚体往往具有更高的活性、更低的毒副作用和更为优秀的理化性质。基于青蒿素结构单元的 二聚体也具有良好的体内外抗药敏型和耐药型疟疾活性，引起了药物化学家的普遍关注。本文综述了基于青蒿素结构单元的二 聚体在抗疟疾领域的最新研究进展，并探讨了构-效关系，以启迪药物化学家更合理的设计此类化合物。关键词：青蒿素；二聚体；恶性疟原虫；疟疾；构-效关系中图分类号：R978.6 文献标志码：A 文章编号：1001-8751（2019）06-0528-071前言共价键，最终导致疟原虫因疟原虫蛋白失去功能而
死亡。青蒿素具有起效快、疗效高（总治愈率高达
疟原虫是一类单细胞、寄生性生物，可通过受
感染蚊子的叮咬传播，在人体的肝脏中繁殖，然后 感染血红细胞。其中，恶性疟原虫、间日疟原虫、 三日疟原虫、卵形疟原虫和诺氏疟原虫等五种疟原
95%）和毒性低等特点，被WHO誉为“世界上唯一有
效的疟疾治疗药物”。目前，WHO推荐基于青蒿素
的联合疗法（ACTs）作为治疗疟疾包括耐唾啦类药物 疟疾的标准疗法，但青蒿素及其半合成衍生物存在
着生物利用度低、溶解性差、复发率高和半衰期短
虫可使人类感染疟疾。恶性疟原虫（占非洲发病率的
99.5%以上）和间日疟原虫（占美洲发病率约70%）最为 常见，而恶性疟原虫（占疟疾死亡总数的95%以上） 最为致命。目前，疟疾广泛流行于热带亚热带发展
等诸多缺点。更为严峻的是，耐青蒿素疟疾己然出
现。由于耐药性问题，目前WHO已不推荐单独使用
中国家，是危害最严重的传染性疾病之一，与艾滋
青蒿素。与单核化合物相比，二聚体往往具有更高的活
病、结核病被认为是全球最重要的三大公共卫生问
题。据世界卫生组织（WHO）估计，仅2017年一年，
性、更低的毒副作用和更为优秀的理化性质。近年
全球共新增2.19亿疟疾病例，43.5万人因此丧命。抗 疟疾药物对疟疾的防控不可或缺。然而，随着抗疟
疾药物的长期、广泛使用，疟原虫对几乎所有现有
来，药物化学家设计合成并评价了多种基于青蒿素
结构单元的二聚体（图1）的抗疟疾活性，发现这类二 聚体的活性普遍优于相应的单核化合物。因此，基
药物产生了不同程度的耐药性。因此，亟需研发新
型尤其是对耐药疟疾有良好疗效的抗疟疾药物。于青蒿素结构单元的二聚体在近年来引起了科学家 的普遍关注。青蒿素是从复合花序植物黄花蒿茎叶中提取的
有过氧基团的倍半祜内酯类药物，青蒿素及其半合
成衍生物如二氢青蒿素、蒿甲醯、蒿乙醍和青蒿琥 酯具有抗菌、抗肿瘤、抗真菌、抗病毒和抗疟疾等
多种药理活性。研究发现，青蒿素的过氧基团可在 疟原虫体内二价铁离子的作用下裂解产生各种自由
基，所产生的自由基再与疟原虫蛋白发生络合形成
收稿日期：2019-10-10图1各种连接子连接的基于青蒿素结构单元的二聚体作者简介：杨丽君，研究员，主要从事新药研发工作。国外医药抗生素分册2019年11月第40卷第6期.529.构-效关系（SAR）研究结果表明，连接子的种类
酸盐）可抑制＞99.5%的寄生虫血症，且未见明显毒性
（对称或不对称的烷基、酯基和醛等）和长度与抗疟疾
和小鼠行为的改变，说明这类化合物不仅活性高，
活性息息相关。显然，合理的优化连接子可能会获
而且毒副作用低。得抗疟疾活性更高的候选物。基于此，本文将按连 进一步研究显示，在感染伯氏鼠疟原虫ANKA 接子分类重点介绍基于青蒿素结构单元的二聚体在
的C57BL/6J雄性小鼠模型中，2个碳原子连接的二
抗疟疾领域的最新研究进展，并探讨SAR,以启迪 聚体6及其衍生物7（单次口服5mg/kg的二聚体6或7与
药物化学家更合理的设计此类化合物。15mg/kg的甲氟哇盐酸盐）可快速抑制寄生虫血症，
2烷基连接的青蒿素二聚体且抑制率高达＞99.9%。二聚体6a的活性与其光学
C-10位异丁酸连接的青蒿素二聚体la和异烟酸
异构体6b相当，提示手性中心的构型对活性影响较
氮氧化物连接的二聚体lb（图2）对氯唾敏感型（CQS）
小。对二聚体7而言，苯环间位上的卤素为高活性
NF54恶性疟原虫的半最大效应浓度（EC：。）分别为2.4 所必需，且用甲基代替卤素将导致活性大幅下降。 和0.53nmol/L,优于母药青蒿素（EC50： &8nmol/L）。 其中，二聚体6a,b和7a〜c具有良好的体内活性，其
进一步研究发现，醇、酯和酮衍生物lc~e（EC50： 0.87,
可延长25〜30d感染小鼠寿命，优于蒿甲醯和甲氟哇 2.0和0.9lnmol/L;青蒿素的EC50为9.0nmol/L）也具有
盐酸盐联合给药（延长20.3d）或单独给药甲氟哇（延长
极高的体外抗CQS NF54恶性疟原虫活性，且在感染 20.3d）-向侧链引入碳酸基、硫代碳酸基（8）或援基、
伯氏鼠疟原虫的小鼠模型中，含酯二聚体If,g（口服
岳基（9）也可耐受，且含硫代碳酸基二聚体（X=S）和
6mg/kg的二聚体If,g与18mg/kg的甲氟唾时可延长小
含肪基二聚体的活性优于相应的含碳酸基或接基（X
鼠23d寿命，且寄生虫血症在检测限以下）和含砚二聚
=0）二聚体。对二聚体8而言，烷基在R位比芳基更
体lh,i（口服给药54mg/kg时分别减少99.8%和99.5%寄 优。在感染伯氏鼠疟原虫ANKA的C57BL/6J雄性小
生虫血症）也具有良好的体内活性，但磺酸结构片段 鼠模型中，与甲氟座盐酸盐组（18mg/kg,存活17.8d）
对活性不利。向烷基链引入轻基也可耐受，如二聚体
和蒿甲醛与甲氟哇盐酸盐联合给药组（6mg/kg蒿甲 2a,b（EC50： 0.59和3.0nmol/L）也具有良好的体外活性， 醯和18mg/kg甲氟唾盐酸盐联合给药，存活21.5d）相
但继续引入芳基、硫醯或枫则对活性不利。进一步研 比，二聚体8a组（6mg/kg二聚体8a和18mg/kg甲氟哇
究发现，醯键（2c）对体内活性有利。在感染伯氏鼠疟
盐酸盐联合给药，存活30d）小鼠的存活时间明显延
原虫的小鼠模型中，二聚体la,b（半数有效剂量/ED/
长，而二聚体9a,b组（6mg/kg二聚体9a,b和18mg/kg甲
1.5和0.8mg/kg, 口服给药；4.5和2.0mg/kg,静脉注 氟座盐酸盐联合给药，存活60d）不仅存活期进一步 射给药）优于青蒿琥酯（口服给药和静脉注射给药的
延长，而且可完全治愈感染小鼠。值得一提的是， ECg分别为5.5mg/kg和8.0mg/kg）。在感染伯氏鼠疟 二聚体9b不仅可与甲氟唾盐酸盐联合使用，与苯茹
原虫GFP ANKA的小鼠模型中，所有静脉注射二聚
醇联合给药时也可完全治愈感染小鼠。，显然，该化
体3a〜g（3 X 30mg/kg）的小鼠均存活30d以上，且寄生
合物值得深入研究。虫血症在检测限以下。当单次口服给药1 X30mg/kg 青蒿素二聚体 10~12（EC50： 0.91-10.5nmol/L）抗
时，所有二聚体3a〜g给药组的小鼠存活期均不次于
耐多药（MDR） K1恶性疟原虫的活性极高，优于母药 arterolane马来酸盐。在体内毒性研究中，腹腔注射 青蒿素（EC50： 11.7nmol/L）o SAR研究结果表明，连
单剂量的青蒿素二聚体la（在给药剂量为250mg/kg时
接子与活性息息相关，且长链连接子对活性有利。
未见小鼠死亡，且对小鼠体重无影响）的安全性优于 对二聚体10而言，在R位为芳环的化合物10a,b（ECJ0： 青蒿琥酯和二聚体lb（在给药剂量为250mg/kg时三
2.1和2.3nmol/L）的活性优于相应的烷基衍生物（EC50：
分之一的小鼠死亡，且小鼠体重有所降低）。二聚体
3.4~5.0nmol/L）o 二聚体llb（EC50： 0.9lnmol/L）的活性
la,b和青蒿琥酯的治疗指数（最大耐受剂量/EDJ分别
略优于其差向异构体12b（EC50： 1.1 nmol/L）,提示手性
为167, 156和23,显然这类二聚体极具发展潜力。对活性影响不大。进一步研究表明，青蒿素三聚体
在感染伯氏鼠疟原虫ANKA的C57BL/6J雄性小 或四聚体（EC/ 2.4〜＞20nmol/L）也具有一定的抗MDR
鼠模型中，5个碳原子相连的青蒿素二聚体4（单次口
K1恶性疟原虫活性，但活性弱于二聚体。服6mg/kg的二聚体4与18mg/kg的甲氟唾盐酸盐）和5
3醛键连接的青蒿素二聚体（单次口服7.1 mg/kg的二聚体5与21 mg/kg的甲氟唾盐 醯键连接的二聚体 13（图3, IC50： 0.3-31.9nmol/L）.530.World Notes on Antibiotics, 2019, Vol.40, No.6烷基链芳基、硫醸或矶则对活性不利, tf但醛键对体内活性有利遨HnJ?22a: R = CH2OH;2b： R = CH2OCO(CH2)2COOH;
Id: R = CH2OCO(CH2)2COOH;le: R = O;lf:R CH2OCO(3,5-diCI)Ph;
lg:R- CH2O(2,6-diCl)pyridin-3-yl; lh:R] = H;li: Ri = CONMe24b： R = H; 4c： R = Ph; 4(1: R = (CH2)3Br; 4e: R = (CH2)3SO2Ph.3b~g3b: X =・CH2・；3c: X = -CH2COCH2-;3d:X = -CH2OCH2-;5a: R = 4-NOa； 5b: R = 3,4-diNO2； 6a: Rj OH, R2 = H;3e: X - -CU2N(B5c: R = 4-SO->MePh.6b:R|-H, R2 = OH.z)CH2-:3f: X ・CH2N(CONHMe)CH2-；3g: X = -CH2SO2CH2-.HH=> S>O.〔0烷垂优于芳基器器隸爲:豐雷二88a:X = S,R = t-Bu.7c: R = 3-C1.9b: R延长碳链对活性有利1110a: R = 4-FPh; 10b: R = 3-FPh.Ha： n = 2; lib; n = 3.12a: n = 2; 12b; n = 3.图2烷基连接的青蒿素二聚体1〜12的化学结构国外医药抗生素分册2019年11月第40卷第6期.531 .抗CQS D6和耐氯哇(CQR)W2恶性疟原虫SAR研究 Dd2恶性疟原虫活性，但抗CQR Dd2恶性疟原虫
结果表明，两个氧原子之间为直链或支链烷基连
活性均弱于二氢青蒿素(IC50： 2.09nmol/L)o SAR显 接子时优于环烷基连接子。这类二聚体(半数毒性
示连接子的碳链长度对活性有显著影响，且短链 浓度/TC50： >78nmol/L)对VERO细胞的毒性较低，
连接子优于长链连接子。进一步研究发现，用三
SIM21。其中，二聚体 13a,b(IC50： 0.3-1.3nmol/L)的
嗪(16,抗CQS D6和CQR Dd2恶性疟原虫的¢5°为
抗CQS D6和CQR W2恶性疟原虫活性是青蒿素(IC50：
5.5〜35.9nmol/L)代替7-氯唾嚥并不能明显提高活性。
9.9和 15.9nmol/L)和氯(1(IC5O： 29.7和744.1nmol/L)的 代表物 15b(ICJ0： 8.70, 5.31 和28.43nmol/L)具有优秀 9〜53和27-2480倍，SI>32。进一步研究发现，二
的抗CQS 3D7, D6和CQR Dd2恶性疟原虫活性，活 聚体 13a,b的差向异构体 14a,b(IC50： 3.8-11,2nmol/L)也
性是氯Pl(IC50: 20.00, 21.54和 157.9nmol/L)的2.2〜5.5
具有潜在的抗CQS D6和CQR W2恶性疟原虫活性。 倍，且抗CQS D6恶性疟原虫活性与二氢青蒿素(IC50：
SAR显示醯结构片段并非高活性所必需结构单元， 5.11nmol/L)相当。在感染文氏鼠疟原虫的小鼠模型 将氧原子换做氮原子，二聚体仍具有良好的活性。化 中，二聚体15b(静脉注射和口服给药的ED5。分别为
合物 14c(IC50： 3.0和4.2nmol/L)的抗CQS D6和CQR W2
1.4和20mg/kg)静脉注射给药的ED50与青蒿琥酯(静脉
恶性疟原虫活性是氯tt(IC50： 41.6和378.3nmol/L)的 注射和口服给药的ED50分别为<1和1,8mg/kg)处于同
13.8和90.0倍，对VERO细胞的TC50 >7075nmol/Lo 显
一水平，但口服给药EDm远逊于青蒿琥酯。作用机 然，二聚体13a,b和14c可作为先导物进一步优化。制研究结果显示，这类二聚体可能通过其活性代谢
含有7-氯唾啦药效团的二聚体1 5(IC5O：
产物如单青蒿素-唾嚥杂合体或无哇啦结构单元的青
5.31~205.4nmol/L)也具有潜在的抗CQS D6和CQR蒿素二聚体发挥抗恶性疟原虫活性。直链或支链烷基连接子时优n 俺原了-可战氮原了取代于环烷基连接子用哌嗪代替并不能仪善活性H0°、｛连接子连接0\"-HQ13a linker = -CH2CH(OH)CH2-；
14a: linker = -CH2CH(OH)CH2-；13blinker = -CH2COCH2-;
14b： linker = -CH2COCH2-；M短链对活性有利, 且n = 2故优C1 1513c linker = cyclohexyl;13dlinker - -CH2CH(OCOCH2CH2COOH)CH2-； 14c： linker 15a： n 1; 15b： n = 2; 15c: n = 3.13elinker = lnmol/L)的抗CQS 3D7和CQR PKL-2恶性疟原虫活二聚体21c(IC50： 1.4nmol/L)具有最高的抗CQS 3D7恶
性疟原虫活性。向两个酯基之间嵌入酰胺仍可保持
优良的活性，如二聚体22a,b(IC50： 0.32和0.30nmoI/L)
性较弱，提示向两个青蒿素核之间引入1,2,3-三氮哇
结构单元对活性不利。的抗CQS 3D7恶性疟原虫活性在亚纳摩尔级，且二
者的活性约为青蒿琥酯(IQ。: 0.82nmol/L)的3倍。磷酸酯连接的青蒿素二聚体23抗恶性疟原虫
三氧杂环己烷二聚体20具有良好的抗CQS NF54
恶性疟原虫活性，且IC5。在纳摩尔级。SAR显示，与
无取代衍生物相比，向R位引入甲基或节基对活性不 利。代表物20a(IC5O： 1,9nmol/L)的抗CQS NF54恶性
疟原虫活性是青蒿素(IC50： 1 Onmol/L)的5.2倍，值得
SAR显示，磷酸酯结构片段对活性至关重要，用烷 基酯或芳基酯代替磷酸酯将导致活性降低。二聚 体23a,b(IC50： 0.09〜0.5nmol/L)的抗CQS HB3和CQR
进一步开发。K1恶性疟原虫活性极高，且化合物23a(IC50： 0.09 和0.2nmol/L)对所测恶性疟原虫活性是青蒿M(ICJ0：
14.5和 12.3nmol/L)和氯ll(IC50： 20和 190nmol/L)的
4酯基连接的青蒿素二聚体酯基连接的青蒿素二聚体21a,b(图4, IC50：
2.6nmol/L)具有优秀的抗CQS 3D7恶性疟原虫活性，
其活性与二氢青蒿素(IC/ 2.5nmol/L)相当，而是青
61.5-950倍。进一步研究发现，青蒿素与磷酸酯之
间烷基连接子的长度也与活性息息相关，且2个碳最
蒿琥酯和氯唾(IC50： 9.0和9.8nmol/L)的4倍左右。SAR
显示，连接子的长度与活性正相关，如长链连接子
优，延长或缩短碳链均会导致活性下降。过氧结构
片段是高活性所必需结构单元，去除该结构将导致
磷酸師结构片段对活性至关用婆，用烷堆酣或 芳羞酯代替磷酸酣将导致活性的降低酰胺片段“H0(1高活性所必需延长或缩短碳链对活性不利22b2323a: R OMe; 23b： R - OPh; 23c: R Me.图4酯基连接的青蒿素二聚体21〜23的化学结构国外医药抗生素分册2019年11月第40卷第6期.533 .衍生物25b(ARB-92)不仅对恶性疟原虫感染的人血 红细胞具有良好的活性(IC50«0.50nmol/L),二者(给
二聚体失活。二聚体23c(IC50： 0.04nmol/L)的抗CQS
3D7恶性疟原虫活性明显高于其衍生物23a,b(IC50： 0.2
和0.5nmol/L),提示磷酸酯比亚磷酸酯对活性更有 药剂量3.3mg/kg,寄生虫血症的抑制率分别为＞96% 和＞99%)在感染伯氏鼠疟原虫的CD1小鼠模型中也 显示出优秀的体内活性，优于青蒿琥酯(给药剂量
利。二聚体23c即使在浓度高达＞250nmol/L时对人
外周血单个核细胞仍未显示出明显毒性，治疗指数
＞6250000o5其它连接子连接的青蒿素二聚体3.3mg/kg,寄生虫血症的抑制率为94%)。毒性研究 结果表明，二者无明显毒性。药代动力学研究结 果表明，ARB-清除较快(CL: 92.8L/h・kg)、半衰
期较短(心：l』h)、口服生物利用度不高(23.4%),
含有二茂铁结构片段的青蒿素二聚体24a(图5,
IC50： 7.2nmol/L)的抗CQS 3D7恶性疟原虫活性略优
于氯ft(IC50： 9.8nmol/L),但向二茂铁和青蒿素之间
引入烷基链(24b, IC50： 29.6nmol/L)将导致活性降低。
而ARB-92清除较慢(CL: 2.9L/h«kg)且半衰期较长
(ri/2: 2.3h)» ARB-92的口服生物利用度为34%,高
于双氢青蒿素(19.3%)、蒿甲醛(19.7%)和青蒿琥酯
含有碳酸胺结构单元的二聚体25a(ARB-)及碳酸酯26a
伺可处于间位°4°27»图5青蒿素二聚体24~27的化学结构.534.(29.5%),且ARB-92(Cmax： 1457ng/mL)的药峰浓度是
ARB-(Cmax： 40.3ng/mL)的36.2倍。总之，ARB-92具 有优秀的体内外活性和良好的药代动力学性质，可
作为先导物进一步研究。含有苯基的青蒿素二聚体如26a,b也具有潜在的
抗恶性疟原虫活性，且二者(IC50： 1.9和1.7nmol/L)
的抗CQS NF54恶性疟原虫活性是青蒿素(IC50： 7.6nmol/L)的4倍。SAR显示，用二氟烷基或快基代 替酮将导致活性降低，将对位苯二酮用间位苯二酮
(26c, IC50： 1.9nmol/L)替代对活性影响不大。移除按 基似乎对活性影响不大，如二聚体27a~c(IC50： 1.3,
1.6和0.77nmol/L)也具有良好的抗CQS NF54恶性疟 原虫活性。World Notes on Antibiotics, 2019, Vol.40, No.65结束语青蒿素及其半合成衍生物对于疟疾的防控至关
重要，但这类抗疟疾药物普遍存在着生物利用度
低、溶解性差、复发率高和半衰期短等诸多缺点。
更为严峻的是，耐青蒿素疟疾已然岀现，使得这类 药物的疗效呈逐年下降之势。与单核化合物相比，青蒿素二聚体往往具有更高
体内外抗疟疾的活性、更低的毒副作用和更为优秀的理 化性质。SAR显示，连接子的种类和长度与抗疟疾活性
息息相关，合理的优化连接子可能会获得抗疟疾活性更
高的候选物。本文重点介绍了不同连接子连接的的青蒿
素二聚体在抗疟疾领域的最新研究进展，并探讨SAR,
以启迪药物化学家更合理的设计此类化合物。
