二/三甲氧基芳基取代单螺-1,2,4,5-四氧杂环己烷的设计合成及其抗疟与抗癌活性评估

　　本研究针对疟疾耐药和癌症治疗需求，设计合成了一系列新型非对称二/三甲氧基芳基取代单螺-1,2,4,5-四氧杂环己烷衍生物（5a-m）。通过MTO催化氧化法高效构建四氧杂环骨架，体外实验发现8种化合物对氯喹耐药型Pf FcB1疟原虫株具有纳摩尔级抗疟活性（IC50=34-91 nM），其中5i和5l对A2780卵巢癌细胞展现双重抑制效应（IC50分别为3.82μM和1.98μM）。该研究为开发新型抗疟/抗癌双功能药物提供了重要线索。

　　

疟疾和癌症至今仍是全球公共卫生的重大挑战。随着疟原虫对氯喹等传统药物产生耐药性，以及癌症治疗中多药耐药和毒副作用问题的凸显，开发新型高效药物迫在眉睫。天然产物青蒿素（artemisinin）及其衍生物因其独特的过氧桥结构，在抗疟和抗癌领域展现出巨大潜力。然而，人工合成的1,2,4,5-四氧杂环己烷（1,2,4,5-tetraoxane）类化合物研究仍存在合成效率低、活性机制不明确等问题。来自波兰波兹南医科大学（Poznan University of Medical Sciences）的Mohit K. Tiwari团队在《European Journal of Medicinal Chemistry》发表的研究，通过创新设计解决了这一系列难题。

研究人员采用甲基三氧铼（MTO）催化的"一锅两步"氧化策略，高效构建了13种非对称二/三甲氧基芳基取代的单螺-1,2,4,5-四氧杂环己烷衍生物（5a-m）。关键技术包括：MTO/H₂O₂/TFE（三氟乙醇）氧化体系催化酮类底物转化为偕二氢过氧化物（gem-dihydroperoxides），再经HBF₄介导与芳香醛缩合；通过HPLC-UV和质谱（包括Q-TRAP 4000和Orbitrap高分辨质谱）进行结构表征；采用MTT法评估对Pf FcB1疟原虫株和HeLa、A2780、A549癌细胞的抑制活性；利用SwissADME和SwissTargetPrediction进行ADME（药物代谢动力学）参数预测和靶点预测。

化学合成与结构表征

通过优化MTO催化条件，以21-87%收率获得目标化合物。核磁共振（¹H/¹³C NMR）显示典型四氧杂环特征峰，如5e在δ 108.78 ppm处的螺碳信号。质谱分析证实分子量符合预期，如5m的[M+Na]⁺峰m/z 425.1571。值得注意的是，三甲氧基芳基衍生物（如5d-e）的收率（83-87%）显著高于二甲氧基类似物（21-81%），表明取代基电子效应对反应效率的影响。

抗疟活性与构效关系

针对Pf FcB1耐药株的测试发现：含三甲氧基的5d（IC₅₀=34.2 nM，SI>2900）和5e（IC₅₀=34.3 nM）活性最强，比青蒿素（1a，IC₅₀=5.6 nM）低约6倍但选择性更高。结构分析表明：

1. 1.

   三甲氧基（特别是3,4,5-位取代）显著提升活性，如5l（IC₅₀=48.2 nM）比二甲氧基类似物5k（IC₅₀=66.9 nM）活性提高39%；

2. 2.

   环己烷4位取代基影响显著，对位甲基取代的5i（IC₅₀=46.7 nM）比未取代的5d活性略低，但优于苯基取代的5l。

抗癌活性与机制探索

在A2780卵巢癌细胞模型中，5i和5l展现持续72小时的抑制活性，IC₅₀分别为3.82μM和1.98μM，与临床用药顺铂（cisplatin，平均IC₅₀=3.39μM）相当。关键发现包括：

1. 1.

   时间依赖性效应：多数化合物（如5b-e）的活性随孵育时间延长而减弱，但5i/5l保持稳定，可能与避免P-糖蛋白（P-gp/ABCB1）外排有关；

2. 2.

   铁离子依赖机制：A2780细胞高表达转铁蛋白受体（TfR）和富集铁离子，可能激活四氧杂环过氧桥断裂产生活性氧（ROS）；

3. 3.

   计算机预测显示5l可能靶向GPCRs（66%概率）和激酶，而5d可能抑制CYP450酶系。

结论与展望

该研究通过理性设计证实：三甲氧基芳基与螺环四氧杂烷的组合能协同提升抗疟/抗癌双重活性。特别值得注意的是，这是首例报道非甾体类三甲氧基芳基-四氧杂环衍生物（5i/5l）对耐药疟原虫和卵巢癌细胞的双重抑制作用。SwissADME预测显示这些化合物具有良好口服生物利用度和血脑屏障穿透性，为后续动物实验奠定基础。未来研究可进一步优化4位取代基（如引入杂环），并深入解析其作用于疟原虫食物泡（digestive vacuole）和癌细胞铁代谢通路的具体机制。这项工作为开发基于过氧桥结构的双功能药物提供了新思路。