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本文系统探讨了靶向分枝杆菌ATP合酶（ATP synthase）的抑制剂GaMF1的结构类似物，通过对母体结构进行区域选择性修饰，成功降低了其对正常人肺成纤维细胞（MRC-5）的细胞毒性，同时意外发现了该类化合物对锥虫（Trypanosoma cruzi、T. brucei brucei、T. brucei rhodesiense）的显著抗寄生虫活性，以及对多种肿瘤细胞（如MCF-7、MV4-11）的抗增殖潜力。这些发现不仅揭示了该骨架在抗结核治疗中的局限性，更为开发新型抗寄生虫和抗肿瘤候选药物提供了新的思路。
1 引言
分枝杆菌腺苷三磷酸（ATP）合酶是结核病治疗中已验证的关键靶点，其在维持结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis, Mtb）复制和休眠状态下的细胞能量平衡中起核心作用。贝达喹啉（bedaquiline）作为首个靶向ATP合酶膜嵌合亚基c的临床药物，证实了该靶点的治疗潜力，但其应用受长半衰期、高亲脂性和心脏毒性限制。2020年，Gerhard Grüber团队报道了一种新型分枝杆菌ATP合酶抑制剂GaMF1，其通过结合ATP合酶γ亚基上的一个特异性环发挥作用，这一机制与贝达喹啉不同，且对包括贝达喹啉耐药株在内的多重耐药菌株有效。然而，GaMF1及其类似物虽展现出良好的抗分枝杆菌活性，却存在对正常人细胞（如MRC-5）的显著细胞毒性，这限制了其治疗应用。因此，本研究旨在通过系统的结构修饰，降低GaMF1类似物的细胞毒性，并探索其潜在的、未被充分认识的生物活性。
2 结果与讨论
2.1 类似物的合成
研究以2,4-二氯-6-甲基嘧啶为起始原料，通过与不同胺类化合物反应，引入多样的R1取代基，合成了中间体2系列。随后，这些中间体与对苯二胺（p-phenylenediamine）或其他二胺类连接子反应，得到中间体3或5系列。最后，通过3-溴苯甲酰氯进行酰化，合成了两个主要系列的最终产物：含对苯二胺连接子的化合物4a-s，以及替换了连接子的化合物6a-k。合成路线涉及微波辅助反应以提高效率，并通过单晶X射线衍射确证了关键化合物4d的结构。
2.2 细胞毒性
对所有合成的类似物进行了针对人肺成纤维细胞（MRC-5）和两种肿瘤细胞系（MCF-7乳腺癌和MV4-11白血病）的体外细胞毒性评估。结果表明，大多数含对苯二胺连接子的化合物4对MRC-5细胞显示出高毒性（IC50值普遍低于2.5 μM）。然而，通过结构优化，获得了五个对MRC-5细胞毒性较低（IC50> 10 μM）的化合物：4r、6a、6d、6f和6i。其中，化合物6d表现尤为突出，对MRC-5细胞几乎无毒（IC50> 64 μM），同时对MCF-7和MV4-11细胞展现出有选择性的抗增殖活性（IC50分别为4.00 μM和2.61 μM）。相反，化合物6f虽对MRC-5无毒，但其抗增殖活性较弱，且结构中的迈克尔受体（Michael acceptor）可能带来潜在的脱靶反应风险。
2.3 抗菌与抗寄生虫活性
对上述五个低细胞毒性化合物进行了广泛的抗菌和抗寄生虫活性筛选。令人意外的是，所有测试化合物均未显示出对细菌（大肠杆菌E. coli、金黄色葡萄球菌S. aureus）或分枝杆菌（M. tuberculosis、脓肿分枝杆菌M. abscessus）的抑制活性，表明结构修饰导致了其原始抗结核活性的丧失。然而，在抗寄生虫筛选中，多个化合物表现出了显著的活性。特别是化合物4r对克氏锥虫（T. cruzi）、布氏锥虫（T. b. brucei）和罗德西亚布氏锥虫（T. b. rhodesiense）以及婴儿利什曼原虫（L. infantum）均显示出纳摩尔级别的抑制活性，但其对小鼠腹腔巨噬细胞（PMM）也有毒性，选择性不佳。化合物6d则展现出最佳的平衡：对三种锥虫均有强效活性（IC50在1.42-1.83 μM之间），同时对PMM细胞无毒性（IC50> 64 μM），且对利什曼原虫无活性，提示了其作为抗锥虫病先导化合物的潜力。活性最强的化合物6f对锥虫的IC50值达到了亚微摩尔级别（0.13-1.53 μM），但同样存在PMM细胞毒性和结构隐患。这些发现首次揭示了GaMF1结构骨架在抗寄生虫领域的全新应用前景。
3 结论
本研究通过对GaMF1抑制剂进行系统的结构-活性关系（SAR）研究，成功设计并合成了一系列新型类似物。虽然这些类似物丧失了原有的抗分枝杆菌活性，但通过降低对正常细胞的毒性，意外地发掘出了其强大的抗锥虫活性和选择性抗肿瘤潜力。化合物6d脱颖而出，兼具低细胞毒性、有效的抗锥虫活性和选择性抗肿瘤作用，成为未来开发抗寄生虫或抗癌药物的一个有前景的先导化合物。该研究结果表明，GaMF1衍生骨架是一个多功能的药效团，其生物学应用范围远超出最初的抗结核领域，通过理性的结构工程可以将其转化为针对不同疾病领域的新型治疗剂。未来的工作将集中在进一步优化结构以提高选择性，阐明其作用机制，并推动其向临床应用发展。
