《Antimicrobial Agents and Chemotherapy》：Designing novel bisquinoline antimalarials from historical 4-aminoquinolines to combat drug-resistant malaria
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本研究報道了一種新型雙喹啉抗瘧藥物的設計與結構-活性關系（SAR）研究。通過以ADC-028為先導，結合其關鍵的4-苯胺基喹啉核心與多樣化的連接橋，研究人員成功開發了一系列對藥物敏感型和多重耐藥型惡性瘧原蟲（P. falciparum）均具有納摩爾級體外活性（IC50< 20 nM）且細胞毒性低的化合物。其中，化合物25表現出增強的體內代謝穩定性（t1/2= 121 min）和卓越的體內療效（ED50= 0.32 mg/kg/天），與ADC-028相比，能以更低的劑量實現完全治愈保護。盡管其口服生物利用度（F = 43%）和半衰期（T1/2= 27.2 h）略有降低，但其增強的體內療效凸顯了其治療潛力，為克服現代耐藥機制、開發下一代抗瘧藥物指明了方向。
引言：瘧疾耐藥挑戰與4-氨基喹啉藥物的演進
惡性瘧原蟲（Plasmodium falciparum）是引發最嚴重瘧疾的病原體，2023年造成約59.7萬人死亡，其中多數是5歲以下兒童。其復雜的生命周期以及由此產生的耐藥性，使得瘧疾的全球根除工作充滿挑戰。在血液感染階段，瘧原蟲通過在其酸性消化泡中蛋白酶介導的宿主血紅蛋白消化來獲取必需氨基酸，此過程會釋放細胞毒性血紅素，但血紅素可聚集為惰性生物分子瘧色素（hemozoin）從而解毒。抑制這一保護途徑是氯喹啉（CQ）、阿莫地喹啉（AQ）和哌喹啉（PPQ）等4-氨基喹啉類抗瘧藥物的作用機制之一。對4-氨基喹啉的耐藥性主要源于惡性瘧原蟲氯喹啉耐藥轉運蛋白（pfcrt）的突變積累，該突變促進藥物從消化泡中外排，從而大大降低其抗瘧活性。研究人員此前開發的化合物ADC-028（1）表現出優異的活性、藥代動力學（PK）特性（T1/2= 84 h, F = 74%），并克服了AQ的毒性和異喹啉的藥代動力學缺點。本研究旨在利用ADC-028的關鍵結構特征，探索雙喹啉（bisquinoline）類似物的開發，以尋找更具潛力的抗瘧候選藥物。
結果與討論
設計思路與化學合成
研究初始設計基于7-氯-N-苯基喹啉-4-胺核心（在ADC-028中以藍色和黃色高亮顯示）固有的抗瘧活性。研究人員通過使用多種市售的雙苯胺連接子，合成了具有對稱結構的雙喹啉化合物8-15，反應條件總結在合成路線圖中。隨后，將連接單元替換為雙哌啶，合成了化合物17和18。接著，研究人員回到最初的靈感，在保留苯胺和哌啶元素的同時，在哌啶環的末端氮原子上引入第二個喹啉，合成了不對稱的雙喹啉化合物23-28。
雙喹啉的體外抗瘧活性與相對細胞毒性
通過基于熒光的抗瘧活性測定評估了化合物對藥物敏感型（D6）和多重耐藥型（Dd2）惡性瘧原蟲株的體外活性（IC50）及對人肝癌細胞（HepG2）的細胞毒性（CC50）。除9和18外，所有測試化合物對兩種瘧原蟲株的IC50值均低于50 nM，顯示出較高的內在抗瘧效力，并能克服PfDd2菌株的耐藥機制。化合物24-28對兩種菌株也表現出相似的強效抗瘧活性。大多數化合物的選擇性指數（pSI）很高（>3或>4），表明其在治療劑量下產生細胞毒性的可能性低。值得注意的是，4-苯胺基喹啉上7-位的氯原子對于維持低細胞毒性至關重要，例如無氯原子的類似物27和28的細胞毒性（CC50≈ 12 μM）顯著高于其含氯的對應物24和25（CC50> 200 μM）。
選定雙喹啉的代謝穩定性與體內療效
對體外活性優異（IC50< 20 nM）且選擇性高（pSI > 3）的化合物進行了進一步評估。首先測定了它們在混合小鼠肝微粒體中的內在代謝穩定性（t1/2）并計算了預測的肝提取率（EH）。在第一批對稱雙喹啉中，化合物8和11表現出優異的代謝穩定性（t1/2分別為398和247分鐘），但兩者在小鼠瘧疾模型（5 mg/kg/天）中均未能完全清除感染。相反，代謝穩定性較差的化合物10和14卻分別實現了100%和78%的寄生蟲抑制率，這可能暗示了活性代謝物的形成。在第二批不對稱雙喹啉中，化合物24-26和28均表現出優秀的體內療效。其中，化合物25（含雙氯）的代謝穩定性（t1/2= 121 min）顯著優于其對應的哌嗪類似物26（t1/2= 34.4 min）。進一步劑量研究發現，化合物25的ED50和ED90分別為0.32和0.51 mg/kg/天，并在10 mg/kg/天的劑量下實現了完全治愈且無復燃（NRD）。而活性略優的26（ED50= 0.28 mg/kg/天）在整個測試劑量范圍內均未達到無復燃劑量。
化合物25的單劑量藥代動力學
對先導化合物25進行了小鼠單劑量口服（PO， 10 mg/kg）和靜脈注射（IV， 0.5 mg/kg）的藥代動力學研究。其絕對口服生物利用度（F）為43%，達峰時間（Tmax）為8小時，血藥濃度峰值（Cmax）為1162 ng/mL。口服和靜脈給藥后的血消除半衰期（T1/2）分別為27.2小時和30.9小時。
雙喹啉的結構-活性關系分析
結構-活性關系（SAR）分析揭示了關鍵結構特征的影響。連接子的性質對活性和代謝穩定性有顯著影響。例如，在對稱雙喹啉中，破壞連接子芳香環共面性的9活性大幅降低。將連接子從二苯胺（11）改為咔唑（14）雖然引入了代謝弱點（t1/2從247分鐘降至3.06分鐘），但14的體內療效反而更好。在不對稱雙喹啉中，7-位氯原子的存在對維持低細胞毒性至關重要，但對體外抗瘧活性影響不大。然而，該氯原子顯著影響代謝穩定性，雙氯化合物25的t1/2（121 min）遠長于單氯或無氯類似物。
藥代動力學-療效關系分析
分析顯示，體外效力、代謝穩定性與體內療效之間并非總是簡單對應。例如，高代謝穩定性的8和11體內療效不佳，而代謝穩定性較差的10和14卻表現出色，提示活性代謝物或吸收分布差異的可能。在不對稱雙喹啉系列中，這種差異較小，化合物25憑借良好的效力、適中的代謝穩定性（較低的EH= 0.33）和更長的有效血藥濃度維持時間，最終實現了優于26的治愈效果（無復燃）。
結論與未來方向
本研究成功地將先導化合物ADC-028的關鍵結構單元整合到雙喹啉骨架中，發現了一系列高效、低毒且能克服耐藥的新型抗瘧候選化合物。其中，化合物25表現最為突出，其體外抗瘧活性優于ADC-028，體內療效（ED90= 0.51 mg/kg/天）提高了約7倍，且能以更低劑量（10 mg/kg/天）實現完全治愈保護。盡管其口服生物利用度（43%）和半衰期（27.2 h）較ADC-028有所降低，但仍顯示出巨大的開發潛力。未來的工作將聚焦于提高該系列化合物的口服生物利用度和體內代謝穩定性，并進一步研究其作用機制（如抑制瘧色素形成），以及通過代謝物鑒定和共價結合實驗評估其潛在毒性風險。這項工作為在保留經典化合物療效的同時克服現代耐藥機制，開發下一代抗瘧藥物開辟了一條充滿希望的道路。
