基于微生物转化和化学修饰的穿心莲抗呼吸道病毒活性成分半日花烷型二萜内酯的衍生化及其构效关系研究

ent-Labdane diterpenoid lactones are active components of Andrographis paniculata showing anti-infection and anti-virus effects. Although these diterpenoid lactones are used as the therapeutic agents for respiratory tract infections,their anti-virus effects and structure-activity relationship of these compounds are indefinite. And it is difficult to modify the non-active sites in the skeleton of labdane diterpenoids by using chemical derivatization. However, we found in our previous study that microbial transformation was an effective method for structural modification of the bicyclic skeleton with high stereo- and region-selectivity and cis-trans isomerization of double bond in the side chain. The products exhibited stronger anti-respirovirus activity and lower toxicity than the substrates. How to make full use of the advantages of microbial transformation and chemical modification in structural derivation of natural products is the focus of this project. Further investigation need to be done in this project based on our previous work, including, a) structural derivation of ent-labdane diterpenoid lactones from Andrographis paniculata through the combination of microbial transformation and chemical modification, b) measurement of anti-respirovirus activity using three different respirovirus strains, c) summarization of the structure-activity relationships of the derivatives, d) preliminary elucidation of the antivirus mechanism of the derivatives, and discovery of novel active compounds that may serve as the leads. The purpose of this project is to provide scientific supports for the discovery of novel therapeutic agents for respirovirus infection, and set up a new approach for the structural modification of natural terpenoids.

半日花烷型二萜内酯类化合物是穿心莲抗感染、抗病毒的药效成分。虽然该类成分临床上用于治疗呼吸道感染，但其对哪些呼吸道病毒具有抑制作用，其抗病毒构效关系如何并不明确。采用化学合成法对其结构骨架中的某些位置进行衍生化，由于产物修饰位点和立体构型的不确定性，存在一定困难。本课题组前期研究首次发现微生物转化法能够实现半日花烷型双环骨架的定向结构修饰及侧链双键的顺反异构化，变化位点较新颖，并发现部分转化产物具有较强的抗呼吸道病毒活性，且毒性较低。本项目拟在前期研究基础上，充分利用微生物转化法和化学合成法在化合物结构修饰方面的优势，将二者相结合，对穿心莲中的半日花烷型二萜内酯类成分进行结构修饰，并采用三种呼吸道病毒株测试其抗病毒活性，总结构效关系，初步阐明其作用机制，以期发现抗病毒先导化合物。本项目的实施完成将为抗呼吸道病毒药物的研究提供科学依据，并为天然萜类化合物的结构衍生化开辟新的研究思路和方法。

呼吸道病毒尤其流感病毒所致的疾病严重影响人类的健康，目前临床使用的抗病毒药物具有耐药性和明显的药物缺陷。因此，新型的抗病毒药物的开发迫在眉睫。半日花烷型二萜内酯是穿心莲抗感染、抗病毒的药效成分。本课题组前期通过微生物转化首次发现了变化位点新颖的转化产物，具有较强的抗呼吸道病毒活性，且毒性较低。此新颖结构的发现为后续研究提供了较为理想的先导化合物。.本项研究的主要内容及成果如下：.一、化学工作.（一）先导化合物的半合成及结构修饰及衍生化.1. 完成了代表性微生物转化产物的半合成工作，为后续的衍生化工作奠定了基础。.2. 围绕8,17-双键区域的衍生化进行了研究。得到了系列双键氧化迁移至环内衍生物，结合抗病毒活性测试结果，初步探讨了构效关系。.3. 通过化学修饰进一步拓宽穿心莲内酯类化合物的结构类型：（1）仿效阿奇霉素的结构特点，将A环通过Beckmann重排反应，得到环内含有氮原子的七元环；（2）通过Beckmann重排反应将19-位羟基以氨基取代；（3）鉴于7-苯甲酸酯类似物使穿心莲内酯类分子的空间结构发生较为明显的改变，合成系列7-芳香酰化衍生物；（4）利用生物电子等排原理，将内酯环结构以具有抗病毒活性分子的药效团进行替换。.（二）方法学研究.在微生物转化产物的半合成中，通过自行设计的二胺配体经钯催化氧化的方法成功构建了关键片段，即：9, 8, 17-烯丙醇片段，此方法为首次应用于环状烯丙基底物的氧化重排。此体系也成功的应用到了香豆素类化合物的合成中，相关的反应机制也基本阐明。.二、抗病毒活性研究.对所得衍生物进行了抗H3N2流感病毒活性研究。结果表明，(1)双键的位置对于此类化合物的抗病毒活性具有较明显的影响。双键氧化迁移至7，8位衍生物显示了较优活性；（2）在7, 8双键异构化衍生物中取代基类型、体积大小对于活性也有一定影响，在所有衍生物中，苄胺及金刚烷胺衍生物的活性最优，毒性最弱；（3）穿心莲内酯A环部分扩环且引入氮原子后对于活性有很大贡献；（4）所有7-芳香酰化衍生物和内酯环取代衍生物均未显示明显的抗病毒作用。由此可见，两个片段的修饰不利于抗病毒活性。.三、论文及专利.申请发明专利1项，发表SCI收载论文2篇。其余相关成果的论文及专利也在撰写中。.本项目的研究成果为抗呼吸道病毒药物的研究提供科学依据，并为天然萜类化合物的结构衍生化开辟新的研究思路和方法。