真菌感染是一种常见病、多发病。由于近年来临床上广谱抗生素、抗肿瘤药、免疫抑制剂的大量应用及爱滋病的流行，导致人体抵抗力下降，真菌病尤其是深部真菌病发病率大幅度上升。同时由于抗真菌药物长期大量地使用，真菌的耐药性问题变得日益突出起来。因此，迫切需要开发出新一代广谱、低毒、高效的抗真菌药物。 羊毛甾醇14α去甲基化酶(CYP51)是真菌细胞膜生物合成过程中的一个关键酶，抑制该酶将阻断真菌细胞膜的生物合成而导致真菌细胞死亡，因此该酶是抗真菌药物设计的最重要的靶酶。 最经典的羊毛甾醇14α去甲基化酶抑制剂是氮唑类化合物，已研制开发出以氟康唑、伊曲康唑和酮康唑等为代表的一系列抗真菌药物。由于氮唑类药物对深浅部真菌感染均有效，体内代谢稳定，结构简单，便于生产等优点，已成为临床最主要的抗真菌药物，对新型氮唑类抗真菌药物的研究是目前的研究热点。 但是氮唑类药物具有严重的毒副作用，尤其是肝脏的毒性有时是致命的，使其临床应用受到很大的限制。如酮康唑具有严重的肝毒性而主要用于局部治疗，氟康唑具有抗菌谱窄对曲霉菌活性差的缺点，伊曲康唑不易通过血脑屏障，毒副作用发生率较高的缺点，并且临床耐药菌株也不断出现。氟康唑和伊曲康唑与其他抗真菌药物相比，毒副作用较小，但大剂量时还是能引起肝脏的损害。 目前研究表明：氮唑类药物的毒性与其结构特征和作用机理密切相关。氮唑类抗真菌药物通过氮唑环N-3或N-4与真菌CYP51的血红素铁原子配位结合而发挥抗真菌活性。但羊毛甾醇14α去甲基化酶属细胞色素P450酶系，也是唯一被发现普遍存在于高等植物、真菌和哺乳动物体内的P450酶。由于在人体中同样存在大量细胞色素P450酶系，氮唑类抗真菌药物亦可与人体细胞色素P450酶血红素铁原子配位结合，不可避免的产生毒性。存在着药效与毒性难以分离的问题，使其发展和应用受到极大的限制。 因此，氮唑类抗真菌药物的毒性与抗真菌活性都是由于该类药物的药效基团氮唑环与真菌羊毛甾醇14α去甲基化酶的血红素辅基Fe原子结合而产生。仅仅对氮唑类药物进行结构改造，不能从根本上解决其毒性问题，必须根据靶酶的结构来设计研究作用于靶酶不同位点的具有新的结构类型的酶抑制剂。 由于CYP51的晶体结构尚未见报道，季海涛等采用同源蛋白模建方法构建了白念珠菌的CYP51活性腔三维结构，对氮唑类药物的药物构象与酶活性位点的对接进行了研究。研究发现除了血红素辅基Fe原子结合点外，另有四个与配体结合的氨基酸功能残基区：S1为亲水性氢键结合区；S2为疏水性区域；S3是由螺旋Ⅰ的N端残基和位于螺旋B-meander1的环中残基组成的狭窄疏水性空腔；S4是邻近β6-1/β1-4的另一个重要的氢键结合区。 本论文基于上述研究结果，以构建的白念珠菌CYP51活性腔中氨基酸功能残基为药物结合点，避开能与氮唑类药物结合的血红素辅基Fe原子，设计全新结构、新的结合模式的真菌CYP51抑制剂，期望发现高效低毒的新型抗真菌化合物。 本课题研究内容为：1.基于白念珠菌CYP51活性腔中氨基酸功能残基为药物结合点(避开血红素辅基Fe原子)，设计并合成了新型2-氨基四氢萘类化合物，并考察了体外抗真菌活性。合成了109个化合物，所合成的化合物采用MS、IR和1H-NMR进行结构确定。该类化合物在抗真菌研究方面是一种新的结构类型，突破了氮唑类的传统结构类型。 2.采用不对称合成方法合成了具有光学活性的一系列化合物，以考察手性分子对抗真菌活性的影响。 3.考察目标分子的体外抗真菌活性。体外抗真菌活性的测定按照美国国家临床实验室标准(NCCLS)，采用9种常见的人体致病真菌株：白念珠菌、近平滑念珠菌、热带念珠菌、新生隐球菌、红色毛癣菌、紧密着色霉菌、烟曲霉菌、石膏状小孢子菌和耐药白念珠菌；以氟康唑为对照药物。 体外抗真菌活性表明所合成的化合物均有不同程度的抗真菌活性，特别发现了一系列对于白念珠菌、耐药白念珠菌和烟曲霉菌活性明显高于氟康唑的化合物。 4.开展三维定量构效关系研究及对接研究。采用比较分子力场分析法(CoMFA)和比较分子相似性指数分析法(CoMSIA)方法建立了目标化合物的三维定量构效关系模型。 CoMFA和CoMSIA研究结果：交叉验证值q2=0.618、0.513，说明模型具有较强的预测能力，实验值与预测值具有较好的相关性。 提出了先导化合物与靶酶的结合模式：四氢萘环位于亲水性区域S2，四氢萘环上的羟基、甲氧基与S4区域的残基Tyr69、Val509形成氢键结合。N上脂肪族长碳链则伸入到S3区域狭窄疏水性空腔中，与酶发生疏水性相互作用。先导分子没有与血红素辅基亚铁原子配位结合。对接结果说明设计的2-氨基四氢萘化合物以活性腔中氨基酸功能残基为药物结合点，避开了能与氮唑类药物结合的血红素辅基Fe原子，从而可以避免氮唑类抗真菌药物的毒性。 体外抗真菌活性实验的结果、CoMFA和CoMSIA研究以及与靶酶三维结构对接研究证实了目标化合物与设计思想基本吻合，说明设计合成的2-氨基四氢萘类化合物是一类全新结构类型的非氮唑类真菌羊毛甾醇14α去甲基化酶抑制剂。其优良的抗真菌活性显示出该类化合物具有很好的开发前景，可作为潜在的抗真菌药物进一步进行研究。本研究为开发具有自主知识产权的新型抗真菌药物提供了新的途径。 本课题创新点：1.发现了全新结构类型的真菌羊毛甾醇14α去甲基化酶抑制剂。跳出了传统的氮唑类结构类型。为抗真菌药物研究提供新的结构类型和研究途径。 2.提出新的设计思想：以靶酶活性腔中氨基酸功能残基为药物结合点(避开血红素辅基Fe原子)设计新型真菌CYP51抑制剂。 3.研究提出了这类化合物手性合成方法。 4.建立了三维定量构效关系模型，为进一步寻找、开发高抗真菌活性的药物打下了基础。 5.研究发现高活性的抗真菌化合物：化合物21、26、31、34、36对于白念珠菌、耐药白念珠菌和烟曲霉菌的抗真菌活性明显高于氟康唑。 本课题得到了国家自然科学基金资助(批准号30572257)。