侵袭性真菌感染，是指真菌侵入人体，在器官、组织或血液中生长、繁殖并导致组织损害、器官功能障碍和炎症反应的感染性疾病。近年，由于器官移植、恶性肿瘤、免疫缺陷患者的增多以及长期应用广谱抗生素等，侵袭性真菌病发生率呈逐年上升趋势，每年约150-200万人因侵袭性真菌感染而死亡，但临床上安全有效的抗真菌药物并不多，主要是多烯类、棘白菌素类及唑类三种（Figure 1）。近年来，真菌耐药的广泛出现进一步加剧了真菌感染的治疗难度，因此，研究结构新颖、机理独特的抗真菌药物是目前药物化学家的主要研究目标之一。
胍基噻唑类抗真菌药是一类结构新颖的抗菌药物，因其独特的杀菌机制而受到广泛关注。2008年，拜耳公司报道了第一个胍基噻唑类药物Abafungin（2，Figure 2），其通过抑制甾醇C-24甲基转移酶而干扰真菌麦角固醇的生物合成，因而对多种耐药真菌均具有优异的抑菌活性且无明显药物相互作用和毒性，但由于其高亲脂性导致存在高清除率的问题。
近日，日本盐野义制药中央研究所Issei Kato研究员团队基于先前报道的抗真菌药物2，对其进行结构修饰，发现了PK性质更优异的胍基噻唑类抗真菌药物6h。相关成果发表在J. Med. Chem.上（DOI: 10.1021/acs.jmedchem.1c00883）。
（图片来源：J. Med. Chem.）
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基于先前对化合物2的研究，作者发现其具有较高的亲脂性。这不仅增强了2的血浆蛋白结合（PPB）能力，导致药物分布容积降低，并且会导致代谢稳定性降低。因此，作者认为设计的重点在于降低化合物亲脂性，从而降低血浆蛋白结合能力及提高代谢稳定性。
起初，作者将修饰重点放在六元环胍基上，利用简单氨基和生物电子等排体替换胍基观察抑菌活性的变化（Table 1）。首先，引入胍基的生物电子等排体氨基、二甲氨基、2-氨基吡啶和2-氨基嘧啶得到化合物3a-3d，但抑菌活性均显著降低，作者猜测可能是碱性影响了化合物活性。接着，作者将R位的六元环胍基替换成二甲基胍基得到化合物3e。相比于化合物2，其抑菌活性显著下降。最后，当R为五元环胍基（3f）、七元环胍基（3g）和N-甲基六元环胍基（3h）时，三者均对白念珠菌表现出优异的抑制活性，但对烟曲霉菌的抑制活性较弱。说明六元环胍基的大小对于化合物的抑菌活性是至关重要的。
（图片来源：J. Med. Chem.）
接下来，作者基于化合物2对噻唑环进行筛选（Table 2）。引入二取代噻唑环得到化合物4a，其抑菌活性显著降低，这可以解释为分子构象的变化导致分子内氢键相互作用的丧失，从而使其抑菌活性丧失（Figure 3）。基于“分子内氢键假说”，作者引入二取代噻二唑环得到化合物4b。与化合物4a一样，4b活性较差，说明噻唑环的5位应为亲脂性的，而不是极性基团。于是，作者将噻唑环替换成吡啶环得到化合物4c，在保持分子内相互作用的同时其4,5位具有一定亲脂性。相比于化合物2，4c对于两种菌株的抑菌活性仅为4 nM和0.5 nM。
（图片来源：J. Med. Chem.）
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作者认为2,4-二甲基-1-苯氧基苯的存在是导致化合物2具有高亲脂性的根本原因，因此寻找亲脂性低的结构可能能够解决高PPB和低代谢稳定性的问题（Table 3）。首先，引入联苯基得到化合物5a，其活性与化合物2相当。接着，利用生物电子等排原理，将5a中一个苯基替换成噻吩得到抑菌活性良好和低亲脂性的化合物5b。最后，作者用噻唑、吡唑和噁唑替换5b的噻吩分别得到化合物5c-5e，其中化合物5c在保持优异的抑菌活性的同时其代谢稳定性也显著提高，可以作为进一步结构优化的基础。
（图片来源：J. Med. Chem.）
基于化合物5c的活性，作者对末端苯基进行了修饰（Table 4）。首先，作者在R位苯基上引入羧基得到化合物6a，相比于化合物5c，其抑菌活性显著下降，且代谢稳定性极差。接着，作者在苯基邻间对位引入羟基得到苯酚类似物6b-6d，其中化合物6d的活性与化合物5c相当，但人代谢稳定性较差。用杂环替换苯环得到化合物6e-6g，除化合物6g外，另外两个化合物的活性和代谢稳定性均良好。最后，作者在苯环上引入甲磺酰基得到化合物6h和6i，其中化合物6h具有优异的抑菌活性且代谢稳定性得到显著提高。
（图片来源：J. Med. Chem.）
基于前期的结构优化，作者对化合物2、5c和6h进行了初步的PK性质研究（Table 5）。如图所示，与化合物2和5c相比，化合物6h的PPB更低，且因为代谢稳定性更好，其清除率仅是化合物2和5c的1/4和1/3。
（图片来源：J. Med. Chem.）
紧接着，作者进一步考察了化合物6h、2和1e的抗烟曲霉菌的活性（Figure 4）。如图所示，与化合物2和1e相比，化合物6h表现出更强的抑菌活性，其静脉给药30 mg/Kg/dose剂量下肾脏中的真菌负荷与化合物2和1e旗鼓相当，且伴随着血清半乳甘露聚糖的显著降低。
（图片来源：J. Med. Chem.）
作者又利用LC/MS研究了化合物6h是否能够有效抑制真菌麦角固醇的生物合成（Table 6）。首先，作者将化合物1e加入到烟曲霉菌中，观察到齿孔醇大量累积同时导致麦角固醇的含量减少。同样的方法下，加入化合物6h后，羊毛甾醇的含量增加，没有观察到酵母甾醇的含量变化，但麦角固醇的含量减少。已有相关报道表明羊毛甾醇是甾醇C-24甲基转移酶（SMT）的作用底物（Figure 5），所以作者猜测化合物6h可能是麦角固醇生物合成的有效抑制剂。
（图片来源：J.Med. Chem.）
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最后，作者考察了化合物6h的抗耐唑类药物菌的活性（Table 7）。虽然测试的化合物均对ATCC 204305菌株具有优异的抑菌活性，MIC值甚至能达到0.063 μg/mL，但仅有化合物1h、2和6h对药物敏感菌株烟曲霉菌SR47013表现出良好的抑制活性。
（图片来源：J. Med. Chem.）
小结：随着真菌耐药的广泛出现，真菌感染的治疗难度在逐步加剧，所以研发新型抗真菌类药物已是迫在眉睫。新型胍基噻唑类化合物作为一类结构新颖、机理独特的抗真菌化合物，展现出一定的临床潜力，未来或许有望进入市场，挽救无数人的生命。
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