英国格拉斯哥大学--新一代基于TCMDC-135051结构的抗疟PfCLK3抑制剂

前沿：

在全球抗击疟疾战争中，自2015年来超过5亿的杀虫剂，加上以青蒿素为基础的联合疗法，减少了2000万例疟疾疟疾病人。然而，在过去三年，疟疾减少的速度已经停滞了，主要是对青蒿素、哌喹、甲氟喹等的耐药株的出现，这意味着减少疟疾的过程将被逆转。为解决这一问题，针对对疟原虫生存至关重要的疟原虫蛋白激酶开发下一代抗疟药物成为一种新的策略。

发现历程

在2011年，作者团队筛选出PfCLK3，即周期依赖性蛋白激酶PfCLK1-4成员之一，参与疟原虫RNA的合成。因此，作者推断PfCLK3抑制剂可能在RNA拼接发挥关键作用的生命周期的任何阶段具有杀寄生虫活性。

作者前期从25000个化合物筛选出体外对PfCLK3激酶具有纳摩尔水平的化合物TCMDC-135051, 对疟原虫的杀伤活性达到微摩尔级别。该化合物的主要结构特征包括7-氮杂吲哚支架，其芳香环位于2-和4-位（A环和B环），形成一种两性分子。7-氮杂吲哚被广泛用于激酶类小分子药物中，也有部分作为抗疟的分子骨架。

因此，作者基于Hit化合物TCMDC-135051进行了构效关系的探讨，主要是基于A环和B环的取代基的优化。A环部分的N-二乙基胺被不同的胺取代来考察其亲脂性和溶解度。（SAR1）用羟基或氢取代苯环的甲氧基以改变分子极性并探究甲氧基对活性的作用。（SAR2）B环的异丙基取代基被其他小的疏水取代基取代，以探究非共面构象，这可能降低晶格能，从而提高水溶性和Log P。（SAR3）最后，将B环的羧基进行取代，以研究其结合能力，提高代谢稳定性，并探讨对亲脂性的影响。（SAR4）

通过对A环部分的SAR1和SAR2的研究，确定了苯环的甲氧基和A环的N-二乙胺对PfCLK3酶和3D7（氯喹敏感的恶性疟原虫）活性的重要性。化合物8c虽然对PfCLK3具有最强的活性，但是在3D7上活性下降剧烈，很可能是因为分子的脂溶性较大。

作者又对B环进行SAR3和SAR4的构效关系研究，确定了B环的羧基和异丙基的位置不可互换。羧基存在潜在的透膜性、代谢稳定性和特殊的毒性。因此，化合物30将羧基换做电子等排体四氮唑结构，提高了PfCLK3的激酶活性，却对3D7的抑制活性降低，而且增加了清除率，改善不佳。

由于缺乏PfCLK3的晶体结构，作者采取同源建模的方法模拟了化合物TCMDC-135051的结合方式。B环的苯甲酸占据了核糖口袋并于Lys-394相互作用，异丙基占据一个疏水口袋。二乙胺基和甲氧基暴露在溶剂区，有助于7-氮杂吲哚环在翻转构象中的定位。

作者从乙胺嘧啶不同程度耐药的患者中分离鉴定了9个寄生虫分离株，他们包含PfCRT（氯喹耐药转运基因）、PfMDR1（疟原虫对耐药基因）和PfDHFR（恶性疟原虫二氢叶酸还原酶基因）三个基因突变的一种或多种突变。结果表明，TCMDC-135051对9种疟原虫株均具有较好的抑制增殖的活性，尤其是对乙胺嘧啶耐药的GB006、GB0020和GB0026菌株，仍然可以高活性的杀死。

总结：

作者团队报道了Hit化合物TCMDC-135051作为PfCLK3抑制剂及其基于此结构的一系列类似物的合成。改构的分子在PfCLK3激酶活性、3D7疟原虫抑制活性、代谢稳定性、脂溶性等方面进行了全面的评估。然而，并未取得相比TCMDC-135051综合性质更佳的分子，但是为TCMDC-135051进一步改构发展为Lead 化合物提供了良好的起点，从而更佳 有利于新型PfCLK3抑制剂的开发。