自半世纪前氨基膦酸结构的生物活性及其生物体内的存在被发现以来,对这类化合物的化学和生物学研究逐渐发展成为磷化学的一个独特分支。作为天然氨基酸的类似物,尤以α-氨基膦酸酯及其衍生物的研究最为广泛,目前相关生物活性研究已经扩展到抗细菌、抗真菌、抗肿瘤、抗病毒、抗炎、抗寄生虫、抗氧化乃至于降糖、降血脂领域,显示了α-氨基膦酸酯及其衍生物作为优势结构具有广泛探索空间。受多靶点药物研发理念的启发,结合本实验室前期将两种药效团偶合得到许多高活性分子及新活性发现的经验,本研究拟开展基于α-氨基膦酸酯新型偶合物的设计合成、生物活性测试及构效关系研究,期望得到具有双重作用机制或者新的作用机制的新型化合物,拓展有机磷化合物在药物化学领域的研究。1.目标化合物的设计及理论计算多靶点药物的设计将具有相同或不同作用机制的药效团通过分子偶联的方式相结合而获得双作用机制或新作用机制的新型化合物,是应对耐药菌感染、复杂综合性疾病等的有力武器。作为天然氨基酸的类似物,α-氨基膦酸酯类化合物生物活性主要来源于其分子内部存在的N-C-P特征结构,具有非常大的衍生物研究空间。因此,本研究借鉴多靶点药物设计理念,采用药物拼合原理,在保持此分子骨架不变的情况下分别在其三个方向上进行衍生物的设计,与具有不同作用机制的药效团偶联,希望得到较单一母体结构活性更好的活性分子。参考现有杂合分子的设计思路,本研究基于α-氨基膦酸酯母体结构,以“A-Linker-B”的目标分子模式,引入多种药效团;通过α-氨基膦酸酯取代基、不同linker和药效团的改变,我们设计了总计约3000个目标分子。借助美国礼来公司的物理化学性质计算平台Plexus对化合物进行优化,挑选类药性好的分子,最终得到8个系列（TM1-TM8）、共117个目标化合物。2.目标化合物合成鉴于目标化合物的结构,我们采用以α-氨基膦酸酯制备为起点的合成路线,开展了目标分子的合成。通过实验探索,结合柱层析和薄板层析,最终合成了10个中间体、117个目标化合物（α-氨基膦酸酯衍生物）;所合成的目标化合物结构经~1H NMR、13C NMR及HR MS确证。3.目标化合物生物活性的测试及结果α-氨基膦酸酯及其衍生物活性广泛,其中抗细菌、抗真菌、抗肿瘤类活性分子较为常见。为了把握分子的可能活性,作者通过磺酰化引入磺酰胺、以“A-Linker-B”模式引入唑环、氟喹诺酮结构,因此优先进行目标分子的抗菌活性测试,选取了6株敏感致病菌株和真菌中的毕赤酵母菌。随后测定它们对耻垢分枝杆菌、三种类型的肿瘤细胞抑制活性来研究目标分子的抗结核能力及抗癌活性。抗敏感菌株活性:几乎所有α-氨基膦酸酯磺酰胺衍生物对鲍曼不动杆菌表现出微弱的抑制活性,但MIC值远低于阳性对照药物;部分磺酰胺衍生物对藤黄微球菌有微弱抑制活性外,对其它4种细菌在测试浓度范围内均未表现出抑制作用。几乎所有α-氨基膦酸酯唑类衍生物同样对鲍曼不动杆菌表现出微弱的抑制活性,只有极少数目标分子对大肠杆菌、沙门氏菌、铜绿假单胞菌MIC值达到128μg/m L,所有分子在测试浓度范围内对金黄色葡萄球菌、藤黄微球菌的抑制能力很弱。磺酰胺类及唑类衍生物均表现出了对革兰阴性菌的选择性抑制作用,与此相反,多数α-氨基膦酸酯氟喹诺酮衍生物对金黄色葡萄球菌表现出较高的抑制活性,MIC为0.8～25.6μg/m L,其中化合物TM7-7、TM7-8 MIC值分别为1.6μg/m L、0.8μg/m L,与相对应的氟喹诺酮药物加替沙星抑制活性相当。针对其余菌株,α-氨基膦酸酯氟喹诺分子具有较弱的抑制活性,体现了α-氨基膦酸酯氟喹诺酮衍生物的抑菌选择性。抗真菌活性:α-氨基膦酸酯磺酰胺及唑类目标分子基本都表现出抑菌活性,MIC值大多在128～256μg/m L,但化合物TM1-21 MIC值达到了64μg/m L。总体上芳磺酰基苯环间位取代化合物的抑制活性强于对位及邻位取代者。所测试56个含唑类结构衍生物中有34个对毕赤酵母菌生长表现出明显抑制作用,MIC值在32～128μg/m L;其中,6个化合物的MIC值为64μg/m L（TM2-3,TM2-11,TM3-2,TM3-8,TM3-9,TM4-3）,TM2-6的MIC值达到了32μg/m L,强于所测试的氟喹诺酮、头孢噻吩、万古霉素、氨苄西林等阳性抗菌药物,与抗真菌药物氟康唑的MIC值相同,值得进一步研究。整体来看,活性片段对抗毕赤酵母菌活性的影响为唑片段>磺酰胺片段>氟喹诺酮片段;磺酰胺类衍生物中芳磺酰基苯环间位取代化合物的抑制活性强于对位及邻位取代者;唑类衍生物中,无论从活性分子总数还是高活性分子数目来比较,TM3系列化合物的抗真菌活性都更强,可能与吸电子取代基氟原子的独特性质有关;从酯基碳原子数目来看,唑类衍生物中甲酯衍生物较乙酯略占优势,且正丁酯型的TM4系列衍生物的活性最低,表明膦酸酯烷基碳链越长,对应衍生物的抑制活性越低。表现出空间位阻对分子发挥抑制作用的负面影响,也体现出受膦酸酯烷基空间位阻影响最大的N-C-P结构应为发挥抑制作用的活性结构。抗耻垢分枝杆菌活性:抗结核活性测试中,α-氨基膦酸酯氟喹诺酮衍生物表现出了与阳性对照药物异烟肼相当的抑制活性,MIC值均在12.5μg/m L或以下,其中TM7-7的MIC=3.125μg/m L,其它类型α-氨基膦酸酯衍生物的MIC值均大于100μg/m L。抗癌细胞活性:抗肿瘤活性测试中,在浓度5μM下所测试的36个分子仅对HCT116、SW620、PC3三种肿瘤细胞中的HCT116细胞表现出了微弱的抑制活性,其中只有IM1-2、TM2-4的抑制率达到了25%。部分化合物的测试尚在进行,抗柑橘溃疡病活性处于待测状态。本课题共计合成了10个中间体、117个目标化合物,目标化合物基本为新化合物;测试浓度下,多数分子的抗细菌活性较弱,某些分子的活性与阳性对照药物相当;多数分子对毕赤酵母菌显示良好的体外抑菌活性,TM2-6的MIC值达到了32μg/m L,强于所测试的氟喹诺酮、头孢噻吩、万古霉素、氨苄西林等阳性抗菌药物,与抗真菌药物氟康唑的MIC值相同;少数分子具有微弱的抗肿瘤活性;针对柑橘致病菌活性尚待观察。