許 芬，饒國武

（浙江工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院，浙江 杭州 310014）

0 前言

化學(xué)家在二十世紀(jì)50年代中期研究了作為嘌呤類似物的吡唑并嘧啶，據(jù)報道它具有各種生物活性。1955年，化學(xué)家Howard E.Skipper等人首次探索了吡唑并嘧啶類化合物的抗腫瘤活性[1]，并深入研究了吡唑并嘧啶類化合物，引起了各國化學(xué)家的廣泛興趣。據(jù)文獻[2-3]，吡唑并嘧啶具有良好的物理性質(zhì)，光學(xué)和生理活性以及高反應(yīng)性，并能與各種試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此具有廣闊的前景。

寄生蟲（parasite）是指具有致病性的低等真核生物，可作為病原體，也可作為媒介傳播疾病。寄生蟲特征為在宿主或寄主（host）體內(nèi)或附著于體外以獲取維持其生存、發(fā)育或者繁殖所需的營養(yǎng)或者庇護的一切生物。許多小動物以寄生的方式生存，依附在比它們更大的動物身上。

寄生蟲可以改變寄主的行為，以達到自身更好地繁殖生存的目的。人類若受到一些寄生在腦部的寄生蟲，如終生寄生在腦部的弓形蟲（Toxoplasmosis），其反應(yīng)能力會降低。

病菌是引起人類疾病的細菌和病毒，統(tǒng)稱為病原菌或致病菌（pathogenic bacterium）。細菌在人體內(nèi)寄生，增殖并引起疾病的特性稱為細菌的致病性或病原性（pathogenicity）。致病性是細菌種的特征之一，具有質(zhì)的概念，如鼠疫細菌引起鼠疫，結(jié)核桿菌引起結(jié)核。致病性強弱程度以毒力（virulence）表示，是量的概念。

革蘭氏陽性和革蘭氏陰性病原體，例如金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、釀膿葡萄球菌（Staphylococcus pyogenes）、鼠傷寒沙門氏菌和大腸桿菌引起食物中毒，風(fēng)濕熱，沙門氏菌病，腹瀉等許多傳染病。這些在全球都是嚴重的健康問題。全球有百萬人受到感染，每年因這些細菌感染死亡達到15萬人[4]。

在抗生素使用前的時代，輕微的傷害和常見的感染可能會導(dǎo)致危及生命的疾病。20世紀(jì)最偉大的成就之一是抗生素的發(fā)現(xiàn)，它顯著改善了生活質(zhì)量，徹底改變了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)[5-7]。

1 吡唑并嘧啶衍生物的抗菌作用

細菌對傳統(tǒng)抗生素如青霉素和四環(huán)素的耐藥性迅速增加，這促使人們繼續(xù)尋找具有新型抗菌活性的新型化合物。吡唑并嘧啶是一類重要的化合物，吸引了化學(xué)家的注意，因為化學(xué)治療藥物，如抗菌藥物，抗病毒藥物和細胞毒性藥物的性質(zhì)都有很好的文獻記載。吡唑并嘧啶和相關(guān)雜環(huán)在藥物化學(xué)中具有廣泛的重要藥效團和特殊結(jié)構(gòu)。據(jù)文獻調(diào)查顯示，吡唑并嘧啶衍生物具有多種藥理活性，如CNS抑制劑，精神安定劑，結(jié)核抑制劑，抗高血壓藥，鎮(zhèn)痛劑和抗菌活性。吡唑并[1，5-a]嘧啶構(gòu)架是[5-6]稠合雙環(huán)雜環(huán)，除了用于各種藥理學(xué)研究外，已經(jīng)成為多用途骨架，從它們對多種疾病靶標(biāo)的效用來看，吡唑并[1，5-a]嘧啶在制備各種藥物和生物活性分子方面顯示出巨大的合成價值[8]。

1.1 吡唑并[1，5-a]嘧啶的抗菌活性

吡唑并[1，5-a]嘧啶作為嘌呤類似物，其重要性在化學(xué)和藥理學(xué)中都有體現(xiàn)。另一方面，磺酰胺類化合物具有多種生物活性。這促使研究者探索含有磺酰氨基的吡唑并[1，5-a]嘧啶的合成，以篩查其抗菌活性。通過實驗表明，大多數(shù)這類化合物存在革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的抗菌活性[9]。

通過瓊脂擴散法測定合成化合物1（其合成方法見Scheme 1）的抗微生物活性評價化合物對大腸桿菌（MTCC443）、枯草芽孢桿菌（MTCC441）、金黃色葡萄球菌（MTCC96）和傷寒沙門氏菌的抗菌活性。用抗生素青霉素（25μg/mL）作為抗菌藥物和制霉菌素（25μg/mL）作為抗真菌藥物的參比藥物，使用二甲基亞砜（1%，DMSO）作為無化合物的對照[8]得到實驗數(shù)據(jù)。

1.2 吡唑并[3，4-d]嘧啶類抗菌活性

在使FOL7185作為模板來設(shè)計用于用BtIspD和BtIspE測試的許多吡唑并嘧啶類似物時，盡管FOL7185在抑制區(qū)測定中對B.thailandensis和銅綠假單胞菌沒有顯示出可測量的生長抑制，但其許多類似物確實顯示出生長抑制?；衔?（其合成方法見Scheme 2）抑制B.thailandensis濃度為0.1 mM （這與卡那霉素相當(dāng)）。 該化合物還顯示出對銅綠假單胞菌多重耐藥菌株的可測量的效力，因此證明了跨物種抑制作用和作為廣譜抗生素活性的起點的潛力。在STDNMR研究中，化合物2顯示與BtIspE的活性位點的顯著相互作用，表明這些類似物可以通過破壞類異戊二烯生物合成來抑制細菌生長[7]。

使用紙片擴散法測試化合物3，4和5（Figure 1）對金黃色葡萄球菌ATCC 6538，表皮葡萄球菌ATCC 12228，大腸桿菌 ATCC 8739，綠膿假單胞菌ATCC 1539，以及它們對白色念珠菌ATCC 10231的抗真菌活性，發(fā)現(xiàn)化合物3，4和5對抗金黃色葡萄球菌ATCC 6538（分別為MIC：185；78；和 156μg/Ml）和化合物 5對白色念珠菌ATCC 10231 （MIC：312.5 μg/mL）（使用微量稀釋法測定這些化合物的最小抑制濃度）[10]。

Scheme1 具有抗菌活性的吡唑并[1，5-a]嘧啶衍生物的合成

2 吡唑并嘧啶衍生物抗寄生蟲活性

吡唑并嘧啶是嘌呤類似物,其像嘌呤一樣被致病性血蠅代謝（該代謝序列在人類或其他哺乳動物中不存在）。別嘌呤醇是由吡唑并嘧啶堿基經(jīng)歷核糖磷酸化為核糖核苷酸產(chǎn)生，該核糖核苷酸可以保持原樣或被氨基化成氨基類似物進一步轉(zhuǎn)化成氨基吡唑并嘧啶核糖核苷三磷酸，后者被并入RNA中。該代謝序列已經(jīng)在利什曼原蟲屬和錐蟲屬中得到證明[11]。

Scheme2 具有抗菌活性的吡唑并[3，4-d]嘧啶衍生物的合成

Figure1 具有抗金黃色葡萄球菌和白念珠菌的吡唑并嘧啶衍生物

2.1 某些吡唑并[1，5-a]嘧啶的抗滴蟲活性

關(guān)于吡唑并[1，5-a]嘧啶的生物學(xué)性質(zhì)的調(diào)查研究促使人們探索開發(fā)含有稠合硝基吡咯環(huán)的抗寄生蟲化合物。例如，3-硝基吡唑并 [1，5-a]嘧啶衍生物6（其合成方法見Scheme 3），其中R1為H或C2H5且R2為H或COOC2H5COOH。 然而，研究這些新化合物3-硝基-4，6-二取代吡唑并[1，5-a]嘧啶酮（7， 8， 9 和 10， Figure 2）的所有衍生物的活性結(jié)果顯示其并非完全缺乏對除滴蟲以外的細菌、真菌和寄生蟲的活性[12]。

Scheme3 具有抗滴蟲活性的吡唑并[1，5-a]嘧啶衍生物的合成

Figure2 3-硝基-4，6-二取代吡唑并[1，5-a]嘧啶酮

2.2 別嘌呤醇對克氏錐蟲的影響

別嘌呤醇（4-羥基吡唑并[3，4-d]嘧啶）是體外抗克氏錐蟲的有效藥物。 這種寄生蟲寄生的重要形式，就如同人類恰加斯病的發(fā)病機制，是血流和細胞內(nèi)形式。用放射性標(biāo)記的別嘌呤醇和通過高效液相色譜法分析該化合物的代謝產(chǎn)物的實驗表明，血管和細胞內(nèi)形式的克氏錐蟲均以與體外對于epimastig-otes所顯示的相同的方式代謝別嘌呤醇。通過感染動物和感染了克氏錐蟲的組織培養(yǎng)系統(tǒng)分離出的有機體證明了致病形式的吡唑并嘧啶的代謝途徑。 用別嘌呤醇治療感染組織培養(yǎng)物及根除感染的調(diào)查意味著別嘌呤醇可能對克氏錐蟲感染的化療有用，這一假設(shè)已在一項動物研究中得到證實[13]。

2.3 抗利什曼蟲和錐蟲屬

吡唑并嘧啶堿別嘌呤醇被磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶活化為核糖核酸，將核糖核苷酸胺化成4-氨基吡唑并嘧啶核糖核苷酸，隨后磷酸化成三磷酸酯形式并摻入RNA中。吡唑并嘧啶核糖核苷霉素B和別嘌呤醇核糖核苷通過核苷磷酸轉(zhuǎn)移酶活化，如上所述將得到的核糖核苷酸胺化并摻入RNA中。 這些代謝特征不僅發(fā)生在昆蟲載體中，而且發(fā)生在人的致病細胞內(nèi)。 在利什曼原蟲和錐蟲屬中存在的嘌呤的酶學(xué)和代謝的差異為化療開發(fā)提供了極好的機會[14]。

哺乳動物細胞從頭合成嘌呤，此外還具有連接嘌呤堿基和核苷的能力，以用于核酸和輔酶的合成。 利什曼原蟲和錐蟲屬物種缺乏從頭合成嘌呤，但可利用嘌呤摻入的主動補救機制。這些差異和人類與原生動物之間嘌呤補救途徑中酶的特異性相關(guān)的吡唑并嘧啶代謝方面的差異使人們對這些生物的生物化學(xué)有了更全面的理解，并且可能發(fā)現(xiàn)由這些生物引起的疾病的藥化學(xué)治療形式的一些實際應(yīng)用物[11]。

2.4 吡唑并[3，4-d]嘧啶核糖核苷作為抗球蟲藥

4-（烷硫基）-1H-吡唑并[3，4-d]嘧啶的核糖核苷已被證明是有用的抗球蟲劑。 在研究中，不飽和4-烯丙基硫代和4-丁烯硫基衍生物 （11和12，F(xiàn)igure 3）顯示出比它們的飽和同系物在體內(nèi)對柔嫩艾美耳球蟲更具活性。

Figure3 具有抗球蟲活性的吡唑并[3，4-d]嘧啶衍生物

研究表明，1H-吡唑[3，4-d]嘧啶的核糖核苷能夠抑制雛雞中柔嫩艾美耳球蟲的發(fā)育。 結(jié)果表明，烷基硫代衍生物在用4-烷基硫代化合物的研究中優(yōu)于烷基氨基衍生物，顯然，4-取代基的烷基鏈中的不飽和鍵增強了其體內(nèi)活性。由于發(fā)現(xiàn)飽和的同源物，因此該研究已擴展至包括4-(芳基烯基)硫基和 4-(芳基炔基)硫基類似物[15]。

2.5 抗隱孢子蟲屬和剛地弓形蟲

原生動物隱孢子蟲和弓形蟲是無處不在的寄生蟲，感染人類和家養(yǎng)動物，是一種引起人類主要健康問題C.parvum的寄生蟲 （因為它是通過水傳播疾病的）。C.parvum感染會導(dǎo)致衰弱性腹瀉，這可能增加免疫功能低下患者的生命危險。 最近的研究致力于將發(fā)展中國家的兒童腹瀉病的發(fā)病率控制在15%～20%左右[16-18]。

原生動物隱孢子蟲和弓形蟲是兩種寄生蟲，均含有一組鈣依賴性蛋白激酶（CDPK），這些激酶在植物和纖毛蟲中發(fā)現(xiàn)，但不存在于人類或真菌中。所以，一系列在 C.parvum（CpCDPK1）和T.gondii（TgCDPK1）中靶向 CDPK1 的有效抑制劑便產(chǎn)生了。這些抑制劑對CpCDPK1和TgCDPK1的選擇性高于哺乳動物SRC和ABL。此外，它們能夠在C.parvum入侵HCT-8宿主細胞的早期階段發(fā)生作用，這與它們對侵入人成纖維細胞的弓形蟲的作用相似。

實際上，Shokat及其同事已經(jīng)表明，含有丙氨酸或甘氨酸殘基的突變哺乳動物激酶對吡唑并嘧啶類抑制劑特別敏感，所述吡唑并嘧啶抑制劑（化合物 13～15，F(xiàn)igure 4）[19-21]能夠有效地抑制TgCDPK1的催化活性并阻斷剛毛蟲侵入人成纖維細胞。在C.parvum （CpCDPK1）中也發(fā)現(xiàn)了TgCDPK1的同源物，但其在寄生蟲侵襲中的作用尚未闡明。

3 總結(jié)

吡唑并嘧啶衍生物作為嘌呤的類似物，其具有多種生物活性，其中最主要的為抗癌和本文所述的對微生物的影響。以吡唑并嘧啶環(huán)為母環(huán)的許多化合物均能抗微生物生長或影響其代謝的過程，無論是抗菌還是抗寄生蟲，都為滅除外物入侵，保護機體健康做出了貢獻。

Figure4 具有抗隱孢子蟲屬和剛地弓形蟲的吡唑并嘧啶衍生物