具有抗真菌活性的一半夹心芳烃钌(II)配合物的研制，可有效对抗耐药的白色念珠菌

《Journal of Inorganic Biochemistry》：The development of half-sandwich arene ruthenium(II) complexes with antifungal activity against resistant Candida albicans

　　

吴世明|黄倩|罗艳|江静怡|傅晨

西南大学药学院，中国重庆400715

摘要

耐药性真菌感染的威胁日益加剧，尤其是由Candida albicans引起的侵袭性念珠菌病，这要求开发新型抗真菌药物。本文报道了一系列含有多吡啶配体的半三明治芳烃铼(II)配体的合成与评估。其中，先导化合物Ru-6 [(η⁶-p-cymene)Ru(Br-Me-dppz)Cl]PF₆（其中Br-Me-dppz = 11-溴-12-甲基二吡啶[3,2-a:2′,3′-c]吩嗪）显示出对C. albicans和其他耐药性真菌病原体的强效广谱抗真菌活性。Ru-6在体外杀菌活性上优于氟康唑，对哺乳动物红细胞的溶血活性低（HC₅₀?>?81.22?μM），并且在HEK 293?T细胞中的选择性指数（IC₅₀?≈?28.3?μM）良好。时间杀菌实验证实了其快速、浓度依赖性的杀菌效果。此外，Ru-6与氟康唑（FLC）和两性霉素B（AmB）表现出协同作用，并且在20次传代培养后仍不易诱导C. albicans产生抗药性。这些结果表明，半三明治芳烃铼(II)多吡啶配体，特别是Ru-6

引言

当今，侵袭性真菌感染对人类健康构成了严重威胁。全球每年有数十亿人感染真菌，至少有150万人因此死亡[1]。系统性真菌感染的主要致病菌包括Candida、Aspergillus和Cryptococcus，它们共同导致了90%的真菌相关死亡[2]。在健康人中，Candida仅作为口腔和胃肠道中的无害共生菌存在。然而，对于免疫功能严重受损的患者，这种真菌可以侵入血液，定植并扩散到身体器官内部，导致全身多器官感染，从而危及生命[3]。例如，即使在医疗系统发达的国家如美国，Candida albicans的侵袭率也很高。即使在接受过抗真菌治疗的患者中，死亡率仍高达40%[4]。

美国食品药品监督管理局（FDA）批准了四类主要用于治疗侵袭性真菌感染的抗真菌药物，包括多烯类药物（两性霉素B）、唑类（氟康唑、伊曲康唑、泊沙康唑、伏立康唑和伊沙伏康唑）、棘球孢菌素类（卡泊芬菌素、米卡芬菌素和阿尼达拉芬菌素）以及抗代谢类药物（氟胞嘧啶）[5]。然而，这些药物都伴随着不同的不良反应或毒性副作用，严重限制了它们的临床应用。尽管多烯类药物具有广谱抗真菌活性，但其临床应用受到限制。其代表药物两性霉素B由于与人类胆固醇结构相似而与麦角固醇结合，导致口服生物利用度极低且存在剂量依赖性毒性[6]。唑类药物因抑制哺乳动物细胞色素P450酶系统而具有显著的药物相互作用风险，而该系统在大多数药物代谢中起着关键作用[7]。目前，鉴于其对Candida种类的强效作用，棘球孢菌素类被推荐为一线治疗药物[8]。然而，它们的抗真菌谱非常有限——对Cryptococcus和Fusarium感染无效[9]。更糟糕的是，真菌在医疗设备和宿主组织表面形成生物膜，进一步复杂化了治疗过程[10]。这些限制共同导致了侵袭性真菌感染每年死亡率的上升，对人类健康构成了日益严重的威胁[11]、[12]。因此，迫切需要开发具有新型抗真菌作用机制且不会产生耐药性的新抗真菌药物[13]。

半三明治芳烃铼(II)配体最近成为新型抗真菌药物的有希望的候选物，在预防和治疗真菌感染方面表现出显著效果，同时不会诱导显著的耐药性[14]。这些配体的一般分子结构为[(η⁶-芳烃)Ru(XY)(Z)](图1)，包含三个可调组分：一个芳烃配体、一个双齿螯合配体（XY，可以是N,N-、N,O-、O,O-或S,O-供体）和一个单齿阴离子配体（Z）。它们的抗癌活性的最初发现归功于Tocher，随后P.J. Sadler团队对其进行了重要的设计和探索[15]。通过改变这三种配体类型，可以精确调节这些配体的化学性质和生物活性[16]。双齿XY配体的电子性质和几何结构主要决定配体的稳定性和配体交换动力学。芳烃配体与铼形成强配位，使其保持在+2氧化态，并提供了一个疏水表面，有助于药物通过细胞膜的被动传输。单齿配体Z（通常为Cl-）作为离去基团，决定了药物激活的时间。这种结构多样性、可控反应性和良好的细胞渗透性的结合使得芳烃-铼配体成为开发能够克服现有耐药机制的新一代抗真菌药物的有吸引力的先导结构[17]、[18]。研究表明，这些化合物具有强效的细胞毒性，能够高效积累在细胞内并结合核DNA[19]。

章节摘要

结果与讨论

我们最初关注的化合物是[(η⁶-p-cymene)Ru(Me₂dppz)Cl]PF₆（其中p-cymene = 1-甲基-4-异丙基苯，Me₂dppz = 11,12-二甲基二吡啶[3,2-a:2′,3′-c]吩嗪）。为此，通过氯桥接的铼二聚体前体与多吡啶配体（NN）的反应合成了十一种半三明治铼配体，这些配体在XY位置的杂环π系统中有所不同[20]。随后，评估了所合成配体的抗真菌活性

结论

总之，本研究确立了一类新的半三明治芳烃铼(II)配体作为强效抗真菌药物。先导化合物Ru-6对耐药性Candida albicans及其他临床相关真菌（包括Cryptococcus neoformans和Mucor racemosus）表现出强效广谱活性。其快速杀菌作用（在8小时内可消除C. albicans SC5314），与氟康唑和两性霉素B具有协同作用，并且不易诱导耐药性

材料与方法

RuCl₃·3H₂O、配体及其他试剂均由Acros、Aldrich和Strem公司提供，并在氮气环境下处理。柱层析使用的是300至400目的硅胶。¹H和¹³C核磁共振（NMR）光谱在室温下使用Bruker Advance（400 MHz）仪器记录。NMR标准物如下：(¹H NMR) Acetonitrile?d₃?=?1.94?ppm，DMSO?d₆?=?2.50?ppm；(¹³C NMR) Acetonitrile?d₃?=?1.32?ppm，DMSO?d₆?=?39.52?ppm。¹H NMR数据以相对于...

CRediT作者贡献声明

吴世明：撰写——审阅与编辑，撰写——原始草稿，数据可视化，正式分析。黄倩：撰写——审阅与编辑，方法学，数据管理。罗艳：数据可视化，调查，正式分析。江静怡：数据可视化，验证，资源获取，正式分析。傅晨：撰写——审阅与编辑，资金筹措，概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国重庆西南大学药学院内部研究资金的支持。